Uma equipe internacional de pesquisa liderada pela Universidade de Munique fez progressos recentes na tecnologia de células solares tandem de perovskita-silício. A equipe relatou a primeira célula solar tandem desse tipo fabricada inteiramente na região de Munique, alcançando uma eficiência de conversão de energia de 31,4% por meio da melhoria de materiais de interface essenciais. As descobertas foram publicadas na revista Joule.

Esta pesquisa foi liderada pelo Dr. Elkann Erdin, chefe do grupo de pesquisa da Universidade de Munique, com colaborações de instituições como a Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul da China, a Universidade da Cidade de Hong Kong e a Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah, na Arábia Saudita. As células solares tandem melhoram a eficiência empilhando camadas de materiais que absorvem diferentes comprimentos de onda da luz: a camada superior de perovskita absorve a luz azul e a camada inferior de silício absorve a luz vermelha, aproveitando assim melhor o espectro solar.

A equipe de pesquisa concentrou-se no componente-chave responsável pelo transporte de carga na célula — a monocamada auto-organizada (SAM). As SAMs tradicionais tendem a se agregar de forma irregular em superfícies de silício texturizadas, afetando o desempenho. Para solucionar esse problema, os pesquisadores desenvolveram uma estrutura molecular especial que melhora o transporte de carga mesmo em superfícies rugosas. Durante a análise, eles descobriram inesperadamente traços de impurezas contendo bromo em um precursor de SAM (monocamada auto-organizada) disponível comercialmente. Essas impurezas passivam efetivamente os defeitos da interface, melhorando assim a eficiência. "Ficamos surpresos que uma mudança química tão pequena pudesse ter um impacto tão grande", disse o Dr. Aiding. "Essa descoberta mostra que as interações precisas dos materiais em nível molecular são cruciais para a produção de energia das células solares emergentes." A equipe utilizou os efeitos positivos do bromo, mantendo a estabilidade química, combinando moléculas bromadas e não bromadas. A SAM recém-desenvolvida alcançou um empacotamento molecular mais compacto e uma melhor passivação da interface, resultando em maior eficiência, estabilidade e eficiência de extração de carga.

A eficiência de 31,4% da célula foi alcançada em um substrato de silício cristalino com potencial para aplicação industrial. Além da eficiência, a estrutura de interface aprimorada também aumentou a estabilidade a longo prazo da célula em nível molecular. O Dr. Aiding destacou que a próxima etapa se concentrará em validar o desempenho da célula em testes de envelhecimento acelerado e explorar seu potencial para aplicações espaciais, como satélites em órbita baixa da Terra, onde há uma necessidade específica de células solares leves e de alto desempenho.