Estudo abre caminho para o desenvolvimento de células solares mais eficientes

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Pesquisadores descrevem a “receita ideal” para obter filmes de perovskita que poderão ser usados em dispositivos fotovoltaicos

células solares
Imagem de Andreas Troll no Pixabay

Em apenas uma década de pesquisa, as células solares de perovskitas tornaram-se competitivas em termos de eficiência. Atualmente, sabe-se que a sua capacidade de converter luz em eletricidade é maior ainda quando elas são empilhadas em cima de células solares de silício, formando uma junção de dispositivos chamada “tandem”. Contudo, esses bons resultados correspondem geralmente a dispositivos pequenos, usados para pesquisa em laboratório. Conseguir produzir grandes áreas de perovskitas sem prejudicar a eficiência ainda é um desafio.

Pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) vinculados ao Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) monitoraram em detalhe como ocorre a formação de perovskitas por um método conhecido como gas quenching – processo que tinha sido pouco estudado na literatura científica, apesar de possibilitar a produção de filmes de grandes áreas.

O trabalho, realizado em colaboração com pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) e da École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suíça), foi reportado em artigo publicado na revista Advanced Functional Materials. O CINE é um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) constituído pela FAPESP e Shell.

Material funcional

A perovskita propriamente dita é um óxido de cálcio e titânio, com fórmula molecular CaTiO3. Foi descoberta nos montes Urais, na Rússia, em 1839. E recebeu esse nome em homenagem ao mineralogista russo Lev Perovski (1792-1856), ministro do czar Nicolau I. O que os pesquisadores do CINE e outros chamam de perovskita é, na verdade, uma classe de materiais diversos sintetizados em laboratório que apresentam a mesma estrutura cristalina da perovskita original. São substâncias constituídas por dois cátions (íons positivos) de diferentes tamanhos, que podem ser genericamente descritos pela fórmula molecular ABX3, na qual A e B representam os cátions e X representa halogênios.

As pesquisas conduzidas no CINE, com vista à potencial utilização em dispositivos fotovoltaicos, enfocam perovskitas híbridas, com um cátion inorgânico (sem carbono) e um cátion orgânico (com carbono).

Para se obter perovskitas pelo método de gas quenching, o primeiro passo consiste em depositar, sobre um suporte, uma solução contendo os compostos precursores da perovskita.

Quando o solvente evapora, o material cristaliza e forma a organizada estrutura própria das perovskitas. Porém, antes de isso acontecer, diversos compostos com estruturas diferentes (os chamados “intermediários”) formam-se momentaneamente.

No experimento, realizado no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) do CNPEM, em Campinas, a equipe científica conseguiu analisar cada um dos intermediários formados, usando uma técnica de caracterização por raios X que fornece informações sobre a estrutura cristalina dos materiais.

Na preparação das soluções iniciais, a equipe utilizou dois solventes diferentes combinados com diversos precursores e observou que cada combinação leva a um caminho único de formação de intermediários, o que impacta na morfologia e nas propriedades finais da perovskita, bem como na sua eficiência dentro das células solares.

Além de trazer valiosas informações sobre a formação de perovskitas por gas quenching, os resultados da pesquisa auxiliam na escolha do melhor solvente para obter melhores filmes de perovskita para células solares, inclusive as do tipo tandem.

O artigo Revealing the Perovskite Film Formation Using the Gas Quenching Method by In Situ GIWAXS: Morphology, Properties, and Device Performance, de Rodrigo Szostak, Sandy Sanchez, Paulo E. Marchezi, Adriano S. Marques, Jeann C. Silva, Matheus S. Holanda, Anders Hagfeldt, Hélio C. N. Tolentino e Ana F. Nogueira, pode ser lido em https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202007473.


Agência FAPESP, com informações da Assessoria de Comunicação do Cine. Este texto foi originalmente publicado por Agência FAPESP de acordo com a licença Creative Commons CC-BY-NC-ND. Leia o original

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