Julia Kraft wil chalcogenide perovskiet zonnecellen op de kaart zetten

Er staat een nieuwe generatie klaar om de energietransitie verder te brengen. Wie zijn die talenten? Solar Magazine sprak PhD Julia Kraft. Zij werkt aan nieuwe manieren om perovskiet pv-materialen te synthetiseren.

Hoe ben jij in zonnecelonderzoek beland?
‘Ik ben Duits, maar groeide op in Boekarest. Ik zat op een internationale school en zocht een Engelstalige studie in het buitenland, maar wilde niet naar het Verenigd Koninkrijk of Amerika. Ik werd verliefd op Nederland en ging chemie aan de Rijksuniversiteit Groningen studeren. Tijdens mijn master volgde ik een cursus pv en schreef een paper over perovskieten. Mijn interesse was gewekt en die werd alleen maar groter.’

Waarom, wat is er zo interessant aan dit onderzoeksveld?
‘Klimaatverandering is zorgwekkend, een groot probleem. Zonne-energie is een belangrijk deel van de oplossing. Perovskieten gaan die technologie naar een volgend niveau brengen, ook in de vorm van tandems met andere zonnecellen. Ik wilde me daarop richten in mijn PhD. Dat was ook mogelijk in Groningen, in het kader van het nationale innovatieprogramma SolarNL.’

Wat is het onderwerp van jouw promotieonderzoek?
‘Het ultieme doel is het synthetiseren van nieuwe, tin-gebaseerde perovskiet zonnecelmaterialen. Ik richt me op twee types: halide en sulfur-gebaseerde chalcogenide-perovskieten, zowel in de vorm van dunne films als nanokristallen. Tin-halide perovskieten staan al jaren volop in de aandacht vanwege hun grote potentieel in zonneceltechnologie, onder meer vanwege hun efficiency en lage kosten. Ik ontwikkel ook nieuwe chalcogenide perovskieten, een veelbelovende technologie die nog in de kinderschoenen staat.’

Waarom is dit belangrijk?
‘De belofte van perovskiet is groot, maar we zijn er nog niet. Met mijn onderzoek draag ik bij aan de volgende stappen. De focus ligt op het doorontwikkelen van bestaande en ontwikkelen van nieuwe materialen met uitstekende eigenschappen voor pv-toepassingen, bijvoorbeeld wat betreft efficiency, stabiliteit en duurzaamheid. Denk daarbij aan het uitbannen van het toxische lood in de materialen van nu, en meer resistentie tegen de invloeden van zuurstof en vocht.’

Wat maakt die chalcogenide perovskieten zo interessant?
‘Ze bevatten geen lood en zijn samengesteld uit niet-giftige, overvloedig aanwezige elementen uit de aardkorst, wat milieuvriendelijker is dan gangbare perovskieten. Dankzij hun hogere chemische stabiliteit hebben ze in potentie een langere levensduur. Er is echter nog weinig onderzoek naar gedaan, zeker wat betreft de wijze waarop ik perovskieten probeer te synthetiseren.’

Jij doet het anders dan de rest?
‘Deze perovskieten worden doorgaans in poedervorm gesynthetiseerd bij hogere temperaturen. Ik maak gebruik van een solution based proces om ze bij een lagere temperatuur te kunnen vormen. Dat heeft verschillende voordelen wat betreft de productie van deze materialen en hun toepassing in toekomstige commerciële producten. Het betekent bijvoorbeeld lagere kosten en minder CO2-uitstoot, én meer tunability en dus flexibiliteit. Je kunt echt met de materialen spelen, bijvoorbeeld de bandgap aanpassen of het formaat van de zonnecellen wijzigen..’

Jouw werk wordt mogelijk gemaakt door SolarNL, hoe beoordeel jij de waarde van dit programma?
‘SolarNL brengt pv-research op diverse universiteiten bij elkaar en slaat de brug met marktpartijen. Ik ben een van de 41 PhD’s die binnen dit programma onderzoek doet, maak deel uit van een fijne community die hecht samenwerkt. Het is echt fantastisch dat Nederland hierin investeert met het oog op het opbouwen en versterken van een eigen pv-industrie en daarbij ook de kansen die perovskieten bieden wil verzilveren. Ik ben er bijzonder trots op dat ik hieraan mee mag werken.’

Wat zijn jouw persoonlijke ambities, voor de komende jaren en daarna.
‘Ik heb nog 2 jaar te gaan met mijn PhD. Het zou mooi zijn als ik dan een wezenlijke bijdrage heb geleverd aan het op de kaart zetten van chalcogenide perovskieten. Wat ik daarna ga doen is lastig te zeggen. Wellicht dat ik ervoor kies om over te stappen naar een bedrijf, om mijn research naar daadwerkelijke producten te gaan brengen. Aan de andere kans sluit ik een verdere wetenschappelijke carrière in de zonne-energie ook niet uit. Ik hou gewoon van onderzoek doen.’