Mare Dijkstra zoekt de zwakste schakel in de perovskietzonnecel

Hoe ben je in de zonnecelfysica beland?
‘Ik begon met technische natuurkunde in Groningen. Dat vond ik heel leuk, maar ik merkte al snel dat ik het fijn vind als je die natuurkunde ook kan zien en begrijpen. Daarom vond ik zonnecellen interessant: je hebt je semiconductor physics, en dan zie je die effecten op een grotere schaal, en je het ook echt kan gebruiken.’

Hoe kwam je specifiek bij pv terecht?
‘Ik werkte een tijdje als student-assistent voor de Energie-truck in Groningen, waar we met scholieren Grätzel-zonnecellen bouwden en lesgaven over de klimaatcrisis en energietransitie, met daarin onder andere de rol van pv. Door te werken aan pv, heb ik het gevoel dat ik bijdraag aan een klein onderdeel van de oplossing. Mijn bachelorscriptie ging over simulaties van perovskiet-leds. Voor mijn master ging ik naar Delft, schreef een scriptie over perovskietzonnecellen, en kreeg een PhD-aanbod in hetzelfde vakgebied, binnen het nationale onderzoeksprogramma SolarNL.’

Wordt perovskiet the next big thing in zonneceltechnologie?
‘Ik denk het wel. Als je kijkt hoe relatief kort we er nog mee bezig zijn en hoe dichtbij we al zijn – dat het werkt – is het gewoon een kwestie van tijd. Maar morgen is het niet gefixt. Er zijn nog te veel dingen die we niet exact begrijpen. Als jouw perovskietzonnecel maar een paar weken werkt en de performance dan significant omlaaggaat, heb je geen goed product. In het lab ben ik al blij als hij het vandaag doet, en morgen nog steeds.’

Waarom is die betrouwbaarheid nog zo’n probleem?
‘Dat zit in de perovskiet zelf. Het is een materiaal waarin atomen en ionen ook ná het maken van de laag nog blijven bewegen. Wij werken niet met spincoaten, maar met opdampen. Dat geeft tot nu toe een minder stabiel resultaat. Bij ons valt hij soms al uit elkaar op het moment dat je hem maakt, omdat we nog niet helemaal doorgrond hebben wat er qua processen speelt. Als je het niet begrijpt, is het lastig om problemen op te lossen. Juist daarom vind ik het leuk om eraan te werken.’

Waar ligt de focus van jouw promotieonderzoek precies?
‘Het maken van deze thermisch opgedampte perovskieten. We hebben er hier in Delft een mooie lijn voor staan, waar we in onze gloveboxen het hele traject kunnen doorlopen: van substraat naar een compleet, doorgemeten device. In een ideale wereld optimaliseert één promovendus één laag helemaal, maar we werken hier met een beperkt aantal mensen. Ik focus me op de gatentransportlaag – die onder de perovskiet, waar de gaten worden gevoerd naar een van de contacten. Maar eigenlijk hou ik mij bezig met alle lagen in ons device.’

Wat is de kern?
‘We kunnen perovskiet best goed maken. Maar dat is niet genoeg. In je complete zonnecel moeten ook de andere lagen goed functioneren. Als er volop elektronen en gaten ontstaan in je perovskietlaag en je die er vervolgens niet zonder verlies uit krijgt, heb je alsnog een zonnecel die het niet doet. Je zoekt waar het in die hele stack misgaat, de zwakste schakels. Daarbij bewegen we ook naar de industrie toe – wat hebben we allemaal nodig om tot betere devices te komen?’

Hoe uniek is jullie onderzoek, gezien de globale inspanningen om perovskiet naar de markt te brengen?
‘Iedereen heeft zijn eigen hoek. Sommigen gaan sneller, sommigen minder snel, sommigen hebben betere systemen. Elke groep heeft zijn eigen kracht doordat ze bepaalde mensen en meetapparatuur bij elkaar hebben. Wij zijn met perovskiet relatief nieuw, onze lijn staat nu 5 jaar. Maar we komen uit het siliciumonderzoek en hebben dus ook apparatuur om siliciumcellen te bouwen. Dat is een mooie basis om ook toe te werken naar de volgende stap: tandems van silicium en perovskiet.’

Hoe belangrijk is het dat dit ook in Nederland gebeurt?
‘Het zou mooi zijn als we hier een pv-industrie rond perovskiet kunnen opzetten, ook vanuit het argument van energieonafhankelijkheid. Opschalen zodat het financieel ook uitkan is echter een uitdaging. SolarNL is in dat kader een goede eerste stap om partijen bij elkaar te brengen. En het kan ook in Europa, wat Oxford PV bijvoorbeeld bewijst met zijn perovskiettandems. Daar is dan echter wel steun vanuit de overheid voor nodig.’

Wat wil je bereiken, ook na je PhD?
‘Ik zit nu in mijn tweede jaar, met nog 2 jaar te gaan binnen SolarNL. Tevreden ben ik als het me lukt om op een robuuste manier cellen te maken, met een goed fundamenteel begrip van het proces. Wat ik daarna wil, weet ik nog niet precies. Maar ik merk wel dat ik het heerlijk vind om iets te maken: in het lab staan, en uiteindelijk een product hebben dat je zelf gemaakt hebt – een zonnecel, je sluit hem aan en hij doet het. Het lijkt me leuk om ergens in R&D te gaan werken, nog wel onderzoek te doen, maar wellicht bij een bedrijf en daarbij ook kijken naar industriële opschaling.’