Pesquisadores da Universidade Purdue, da Universidade Emory e de outras instituições propuseram recentemente uma nova abordagem para melhorar efetivamente a estabilidade operacional de células solares de perovskita de haleto, introduzindo novos aditivos de líquidos iônicos. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Nature Energy.

Os materiais de perovskita de haleto possuem alto potencial para eficiência de conversão fotoelétrica, mas sua estabilidade a longo prazo é tipicamente menor do que a das células solares tradicionais à base de silício. Para solucionar esse problema, a equipe de pesquisa projetou e sintetizou uma série de novos líquidos iônicos que podem interagir fortemente com os materiais de perovskita, visando reduzir defeitos internos e retardar a degradação do desempenho.

O autor sênior, Dou Letian, destacou: "Nos inspiramos em pesquisas anteriores sobre aditivos de líquidos iônicos, mas desta vez a equipe se concentrou em projetar cuidadosamente a estrutura molecular, em vez de simplesmente usar produtos disponíveis comercialmente."

Um desses líquidos iônicos, denominado MEM-MIM-CI, apresentou um desempenho particularmente bom. Ele pode se ligar de forma estável aos íons de chumbo na perovskita e preencher as vacâncias de halogênio. A introdução desse aditivo no precursor da perovskita pode formar uma fase intermediária durante a cristalização, promovendo o crescimento de grãos maiores, reduzindo a densidade de defeitos e concentrando-se preferencialmente na interface inferior para suprimir a formação de defeitos na interface.

O Dr. Wenzhan Xu, primeiro autor do artigo, apresentou os resultados dos testes em condições extremas: “Testamos o dispositivo sob luz solar contínua e em um ambiente de alta temperatura de 90 graus Celsius. Após mais de 1500 horas, o dispositivo ainda retinha 90% de seu desempenho inicial, uma condição mais rigorosa do que os testes convencionais.”

O estudo demonstra que essa estratégia não apenas melhora a estabilidade a longo prazo da bateria, como também apresenta potencial para a fabricação em larga escala de dispositivos de grande área. Letian Dou acrescentou: “O líquido iônico utilizado é compatível com processos de deposição em solução, como a deposição por lâmina, e essa estratégia é igualmente eficaz em sistemas de perovskita de banda larga e sem chumbo, indicando sua ampla adaptabilidade de aplicação.”

O próximo passo da equipe é otimizar ainda mais o design molecular para melhorar continuamente a durabilidade do dispositivo e utilizar métodos avançados de caracterização para obter uma compreensão mais profunda do mecanismo de interação entre o líquido iônico e a perovskita. Esta pesquisa fornece novas ideias de design de materiais e processos para o desenvolvimento de dispositivos fotovoltaicos de perovskita de alto desempenho e alta estabilidade.