Dankzij zijn dubbele bachelor en master heeft Pols zowel een achtergrond in scheikunde als natuurkunde – precies de expertise die nodig is voor zijn onderzoek naar materialen voor elektronische toepassingen, zoals zonnecellen, LED’s en fotodetectoren. “In onze onderzoeksgroep bestuderen we welke processen in het materiaal plaatsvinden, met als doel het materiaal te verbeteren voor verschillende toepassingen”, legt hij uit. “In tegenstelling tot sommige andere groepen doen we dit puur op basis van simulaties.”

Het materiaal waar hij zich mee bezighoudt, is perovskiet – een mineraal dat bijzonder veelbelovend blijkt te zijn voor het gebruik in zonnecellen. In zijn werk houdt hij zich bezig met een specifieke klasse perovskieten – halide perovskieten – die de potentie hebben om silicium te vervangen en de basis te vormen voor een nieuwe generatie zonnepanelen.

Uniek, maar instabiel

“Perovskiet is een mineraal met unieke eigenschappen”, vertelt hij. Doordat halide perovskieten heel goed licht absorberen, zijn ze bijzonder geschikt voor gebruik in zonnecellen. Bovendien zijn ze makkelijker en goedkoper te maken dan siliciumzonnecellen, terwijl ze bijna dezelfde efficiëntie bieden. Dit maakt ze ideaal voor toepassingen waarbij gewicht een belangrijke rol speelt, zoals op zonnepanelen voor gebouwen of op voertuigen.

Toch heeft het materiaal ook nadelen, geeft Pols toe. “Het grootste nadeel is dat het materiaal erg instabiel is en snel uit elkaar valt.” Huidige perovskieten blijven normaal gesproken hooguit drie maanden stabiel. “Stel je voor dat ik zo’n zonnepaneel aan iemand verkoop en het valt na drie maanden uit elkaar. Daar word je niet blij van, zoals je begrijpt”, zegt hij met een glimlach. “Een van de grote uitdagingen is dus: hoe krijg je het materiaal stabiel?”

Eigenschappen aanpassen

Gelukkig is het materiaal bijzonder modulair, wat betekent dat de chemische samenstelling en kristalstructuur van perovskieten relatief eenvoudig kunnen worden aangepast door verschillende elementen toe te voegen of eruit te halen. “Je kunt atomen toevoegen en een gewenste structuur aanbrengen, zoals verschillende lagen op elkaar”, legt Pols uit. “Zo kun je de eigenschappen van perovskieten afstemmen op specifieke toepassingen.” Daarnaast is het mogelijk om zogeheten chiraliteit te creëren – een asymmetrie in de chemische structuur, waardoor het materiaal licht op een andere manier absorbeert.

Al deze mogelijkheden maken perovskieten bijzonder veelzijdig. “In theorie kunnen we het stabiliteitsprobleem oplossen door de structuur aan te passen”, zegt Pols. “Maar daarvoor moeten we eerst begrijpen wat er precies gebeurt. Op dit moment weten we nog niet goed waarom het materiaal uit elkaar valt.”

Te veel om bij te houden

Met zijn onderzoek probeert hij meer inzicht te bieden in deze processen. En hij is zeker niet de enige; perovskieten vormen een bijzonder dynamisch en actief onderzoeksveld. De kast op de gang van het Cascade-gebouw – de plek waar zijn onderzoeksgroep huist – puilt dan ook uit van proefschriften met perovskieten in de titel. Onderzoekers richten zich daarbij op uiteenlopende aspecten van het veelbelovende materiaal. “Sommigen richten zich op het verbeteren van de energie-efficiëntie, terwijl anderen experimenteel onderzoek doen naar materiaaleigenschappen, zoals de beweging van atomen binnen het materiaal”, verduidelijkt hij.

“Er worden elke dag ontzettend veel papers over dit onderwerp gepubliceerd; te veel om alles bij te houden. Er zijn zelfs hele conferenties gewijd aan perovskieten”, vertelt Pols. De enorme stroom aan nieuwe kennis is waardevol, maar soms zie je door de bomen het bos niet meer, geeft hij toe. “Je moet als onderzoeker steeds keuzes maken over waar je in gaat duiken, en je kunt nooit een volledig overzicht van het hele veld krijgen.”