Nieuwe materialen voor zonnecellen door laserverdamping

7 januari 2018, 00:00
De vacuümkamer van het RIR-MAPLE-proces. De bevroren oplossing bevindt zich in de (lichte) uitsparing, het te coaten object hangt daarboven (foto: Duke University/Stiff-Roberts/Mitzi).
De vacuümkamer van het RIR-MAPLE-proces. De bevroren oplossing bevindt zich in de (lichte) uitsparing, het te coaten object hangt daarboven (foto: Duke University/Stiff-Roberts/Mitzi).

Onderzoekers van Duke University/Pratt School of Engineering (Verenigde Staten) hebben een methode ontwikkeld om hybride dunnefilm-materialen te produceren die met conventionele technieken niet of nauwelijks gemaakt kunnen worden. De nieuwe methode kan de deur openen voor nieuwe generaties zonncellen, LED’s en fotodetectoren.

Perovskiet

Perovskieten zijn materialen die — met de juiste combinatie van elementen — een kristalstructuur hebben die ze bij uitstel geschikt maken voor toepassingen die met licht van doen hebben. Door hun lichtabsorberende en energie-overdragende eigenschappen zijn ze bijzonder interessant voor de ontwikkeling van nieuwe typen zonnecellen.

Organische elementen

Methylammonium-loodjodide (MAPbI3), een combinatie van een organisch en een anorganisch materiaal, is de meestgebruikte perovskiet voor zonnecellen; dit materiaal kan licht net zo goed in elektrische energie omzetten als de beste commercieel verkrijgbare zonnepanelen,— maar met veel minder materiaal: een plakje dat 100 maal dunner is dan een typische silicium-zonnecel volstaat.
Methylammonium-loodjodide is een van de weinige perovskieten die met ‘normale’ productietechnieken kunnen worden vervaardigd. Voor andere soorten zijn echter nieuwe technieken nodig.

Laserverdamping

Professoren Adrienne Stiff-Roberts en David Mitzi hebben een techniek ontwikkeld die RIR-MAPLE is gedoopt: Resonant InfraRed Matrix-Assisted Pulsed Laser Evaporation. Hierbij wordt een oplossing die de bouwstenen van de gewenste perovskiet bevat tot een blok bevroren, waarna dit blok in een vacuümkamer met laserpulsen wordt bestookt.
Wanneer een klein stukje van het bevroren mengsel door de laser wordt verdampt, beweegt de damp zich naar boven en slaat neer op de onderzijde van een object dat boven de bevroren oplossing hangt. Zodra daar voldoende materiaal op terecht is gekomen, wordt het object verhit om de neergeslagen moleculen te kristalliseren.

Afgestemd

Omdat organische materialen zoals methylammonium bijzonder kwetsbaar zijn, is de laserfrequentie afgestemd op de moleculaire bindingen van het oplosmiddel. Dan absorbeert dit oplosmiddel het grootste deel van de laserenergie zodat de delicate organische materialen intact op het oppervlak van het object neerslaan.

Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items