EDOT-OMeTPA, met de azomethinebindingen in rood.

Met behulp van eerstejaars organische chemie kun je perovskiet voorzien van een organische gatentransportlaag die even betaalbaar is als de rest van de zonnecel, en nog milieuvriendelijk ook. Delftse onderzoekers publiceerden het recept zojuist in Journal of Materials Chemistry A.

Die transportlaag geeft in feite een gebrek aan elektronen door. Essentieel daarvoor is een keten van geconjugeerde bindingen, dus dubbele en enkele bindingen om en om. Om ook aan een aantal andere functionele eisen te kunnen voldoen kwam men telkens uit op uiterst ingewikkelde organische verbindingen.

Het beste voldeed tot nu toe N2,N2,N2',N2',N7,N7,N7',N7'-octakis(4-methoxyfenyl)-9,9'-spirobi[9H-fluorene]-2,2',7,7'-tetramine, afgekort SpiroOMeTAD, een synthetisch hoofdpijndossier dat alleen met dure palladiumkatalysatoren in elkaar is te zetten, uitgebreide opwerking achteraf vraagt en dan ook honderden euro’s per gram kost. En dan te bedenken dat de aantrekkelijkheid van perovskiet nu juist voor een groot deel in de lage kostprijs zit.

In Delft hebben ze nu een alternatief bedacht op basis van zogeheten Schiff-basen oftewel azomethines. Volgens mede-auteur Theo Dingemans, van huis uit chemisch technoloog en nu hoogleraar nieuwe materialen aan de faculteit Lucht- en Ruimtevaarttechniek, is dat het soort chemie dat eerstejaars organici voorgeschoteld krijgen tijdens hun eerste practicum. Als ze dát niet kunnen, kunnen ze beter van studie switchen.

Om precies te zijn heet het alternatief EDOT-OMeTPA, en het ontstaat door 4-amino-4’,4”-dimethoxytrifenylamine te condenseren met 2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxine-5,7-dicarboxaldehyde, met een vleugje para-tolueensulfonzuur als katalysator. Het enige bijproduct is water. Het materiaal lijkt stabiel bij de temperaturen die zonnepanelen plegen te bereiken. En een perovskietcel met EDOT-OMeTPA heeft al een rendement van 11% gehaald, wat dicht in de buurt komt van wat je met SpiroOMeTAD in een verder identieke cel kunt halen.

En het belangrijkste is dat het twee ordegroottes goedkoper is.

Binnen Dingemans’ groep promoveerde Michiel Petrus er vorig jaar op. Die zit inmiddels als postdoc aan de Ludwig-Maximilians-Universität in München; de huidige publicatie kwam dan ook samen met Duitse collega’s tot stand. Overigens nadat de TU Delft twee octrooien had aangevraagd.

bron: Journal of Materials Chemistry A, met dank aan Theo Dingemans