Worden de zonnecellen van de toekomst gemaakt van perovskiet?

Wat perovskiet zo veelbelovend maakt, is tegelijk ook de grootste uitdaging. Het materiaal bestaat uit een hybride structuur waarin anorganische en organische componenten samenkomen. 

“Dat maakt ze bijzonder, maar ook complex,” zegt Aslihan Babayigit, onderzoeker aan EnergyVille/ UHasselt. Je hebt niet alleen elektronentransport, maar ook ionen die zich verplaatsen in het materiaal. Het systeem is dus voortdurend in beweging, zeker onder invloed van licht en temperatuur.” 

Waar klassieke siliciumcellen relatief stabiel gedrag vertonen, reageren perovskieten dynamischer op hun omgeving. Dat vertaalt zich in prestatievariaties en versnelde degradatie.

“Perovskietcellen werken heel goed in het begin, maar degraderen onder invloed van warmte, vocht, zuurstof en UV-licht. Dat maakt ze vandaag nog onvoldoende betrouwbaar voor langdurig gebruik in zonnecellen.”
Binnen EnergyVille wordt die uitdaging aangepakt over de volledige keten: van fundamenteel mate-riaalonderzoek tot de ontwikkeling van werkende zonnecellen en modules.

Van materiaal tot module en weer terug

Babayigit en haar collega’s focussen op de fundamentele eigenschappen van het materiaal, tot op nanoschaal. In 2025 leidde die aanpak tot een belangrijke doorbraak. Het team onderzocht de interfaces tussen de verschillende lagen in een perovskietzonnecel, zones die cruciaal zijn voor zowel prestaties als degradatie.

“Een perovskietcel bestaat uit meerdere ultradunne lagen met elk een specifieke functie, legt Babayigit
uit. “Net op de grensvlakken tussen die lagen ontstaan vaak defecten of chemische veranderingen die de stabiliteit ondermijnen. Die raakvlakken zijn met andere woorden vaak de zwakste schakels, maar ze zijn ook bijzonder moeilijk te analyseren.”

Het team maakte gebruik van geavanceerde technieken zoals TOF-SIMS, waarmee de chemische
samenstelling laag per laag in kaart kan worden gebracht. Daarbij botsten ze op een fundamenteel probleem.

“We zagen dat de meetmethode zelf het materiaal kan verstoren,” legt Babayigit uit. “De ionenbundel
die gebruikt wordt voor analyse kan de interfaces beschadigen, waardoor je artefacten meet in plaats van het echte gedrag van het materiaal.” Het team bracht die effecten systematisch in kaart en ontwikkelde een aangepaste meetaanpak en protocol om ze te vermijden.
“In een veld dat zo snel groeit, is reproduceerbaarheid essentieel,” zegt ze. “Als je niet zeker weet wat je meet, bouw je verder op verkeerde aannames.”

Een zwakke schakel blootgelegd

Met die verbeterde methode kon het team een belangrijk mechanisme van degradatie blootleggen. 

“Een interlaag die vandaag vaak gebruikt wordt om efficiëntie te verhogen, blijkt onder operationele stress los te komen,” zegt Babayigit. “Dat betekent dat ze op lange termijn niet stabiel is, ook al presteert ze in het begin zeer goed.”

Dat inzicht heeft directe implicaties voor de verdere ontwikkeling van perovskiettechnologie. “Het betekent dat we bepaalde ontwerpkeuzes moeten herbekijken,” zegt ze. 

“Maar het geeft ons ook een duidelijke richting: we weten nu waar we moeten ingrijpen.” 

Binnen EnergyVille kan dat soort inzichten ook meteen verder worden vertaald. Fundamenteel materiaalonderzoek en de ontwikkeling van concrete zonnecellen lopen er parallel.

“Dit soort onderzoek kan je niet in één discipline doen,” zegt Babayigit. “Je moet begrijpen wat er op nanoschaal gebeurt én het kunnen testen in echte zonnecellen.”

Duurzame zonnecellen

Naast stabiliteit speelt ook duurzaamheid een rol in het debat rond perovskieten. De meest performante materialen bevatten vandaag nog lood, wat vragen oproept rond toxiciteit. 

“Dat is zeker een aandachtspunt,” zegt Babayigit. “Maar het is belangrijk om dat genuanceerd te bekijken. De hoeveelheden lood zijn relatief beperkt en vergelijkbaar met andere toepassingen, en er wordt volop gewerkt aan alternatieven en betere encapsulatie om lekken te vermijden.” 

Onderzoek binnen EnergyVille richt zich daarom niet alleen op stabiliteit, maar ook op loodvrije materialen en veilige integratie in modules.

Richting commercialisatie

Klassieke siliciumzonnecellen naderen vandaag hun fysische limiet, met rendementen tot ongeveer 27% op celniveau.

Perovskieten kunnen dat plafond doorbreken, zeker wanneer ze gecombineerd worden met silicium in zogenaamde tandemcellen. Daarbij absorberen verschillende lagen elk een ander deel van het zonnespectrum.
Perovskieten zijn daarbij bijzonder flexibel, omdat je via de chemische samenstelling kan bepalen welke golflengtes ze opnemen. Zo kan het zonlicht efficiënter worden benut dan met één enkel materiaal.

“Met die combinatie kunnen we rendementen halen die hoger liggen dan wat vandaag mogelijk is met silicium alleen,” zegt Babayigit. De stap naar commercialisatie komt daarmee steeds dichterbij.

Perovskietonderzoek binnen EnergyVille

Binnen EnergyVille wordt perovskiettechnologie onderzocht over de volledige innovatieketen:

• Fundamenteel inzicht in materiaalgedrag en stabiliteit, met onderzoek naar degradatiemechanismen
  en betrouwbaarheid op lange termijn.
• Ontwikkeling en optimalisatie van perovskietzonnecellen en -modules: In 2025 werd een module van 28 op 28 cm2 gerealiseerd met een efficiëntie van 20%, wereldwijd een toonaangevend resultaat.
• In samenwerking met Soltech werd een eerste tandemmodule ontwikkeld, waarbij een perovskiet-topcel gecombineerd wordt met een siliciumcel. Deze demonstratie behaalde een efficiëntie van ongeveer 28% en toont het potentieel van tandemtechnologie op industrieel niveau.

Samen brengen deze onderzoekslijnen de commercialisatie van perovskiettechnologie een stap dichterbij.