As perovskitas híbridas são materiais feitos de estruturas de haletos metálicos intercaladas com cátions orgânicos. Eles atraíram muito interesse no campo da energia solar devido à sua capacidade de captação de luz combinada com um baixo custo de fabricação, tornando as células solares de perovskita (PSCs) os principais candidatos para substituir os atuais dispositivos baseados em silício. As perovskitas também apresentam grande potencial em uma variedade de aplicações que incluem luzes LED, lasers e fotodetectores.
Um dos obstáculos no caminho para a comercialização de células solares de perovskita é sua estabilidade operacional, o que as coloca em desvantagem em relação às tecnologias fotovoltaicas já existentes no mercado. Isso é especialmente um problema com perovskitas de haletos mistos, que são materiais ideais para células solares em tandem e LEDs de emissão ajustável porque combinam alta flexibilidade de composição com desempenho optoeletrônico.
As perovskitas de haletos mistos também apresentam bandas proibidas amplas, uma propriedade que afeta a energia necessária para um material fotovoltaico gerar eletricidade. Mas na maioria das perovskitas de haletos mistos, a luz pode causar um fenômeno chamado segregação de fase de haleto, onde os ingredientes “se desfazem” em regiões com diferentes teores de haletos. Essa segregação pode levar a problemas de eficiência significativos durante a vida operacional de uma célula solar. Resolvê-lo é, portanto, crítico para o sucesso da tecnologia de perovskita, especialmente para células solares com a chamada configuração tandem, onde perovskitas de bandgap amplo e de haleto misto são comumente empregadas em combinação com uma segunda perovskita de bandgap baixo ou uma célula de silício.
Uma equipe de pesquisadores da Escola de Ciências Básicas da EPFL desenvolveu um método que melhora a eficiência e a estabilidade da conversão de energia de células solares baseadas em iodeto puro e perovskitas de haletos mistos, ao mesmo tempo em que suprime a segregação da fase haleto no último. O artigo foi publicado em Joule, e a pesquisa foi realizada pelos grupos dos professores Michael Grätzel e Ursula Rothlisberger na EPFL e liderados pelo Dr. Essa A. Alharbi e pelo Dr. Lukas Pfeifer.
O método trata PSCs com dois moduladores de haleto de alquilamônio que trabalham sinergicamente para melhorar o desempenho da célula solar. Os moduladores foram usados como passivadores, compostos usados para mitigar defeitos em perovskitas, que de outra forma estão promovendo as vias de degradação mencionadas.
Neste estudo, os pesquisadores foram capazes de usar os dois moduladores para interromper a segregação de haletos e, assim, reduzir substancialmente as quedas na eficiência de conversão de energia observadas no uso prolongado de PSCs.
A nova abordagem resultou em eficiências de conversão de energia de 24,9% para uma composição de perovskita (α-FAPbI3) e 21,2% para a outra (FA65MA35Pb(I65Br35)3). Cerca de 90% e 80% das eficiências iniciais foram mantidas após 1200 e 250 horas de operação contínua, respectivamente. Os autores escrevem: “Ao abordar a questão crítica da estabilidade, nossos resultados representam um passo importante para aplicações práticas em larga escala de PSCs”.
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