A equipe do acadêmico Zheng Nanfeng e do professor Wu Binghui, da Universidade de Xiamen, obteve um avanço importante na pesquisa de células solares de perovskita. Eles propuseram o uso da estrutura de azul da Prússia para regular de forma sinérgica a formação do material de perovskita, a evolução de defeitos e a migração e distribuição de íons durante a operação do dispositivo, oferecendo uma nova solução para melhorar a estabilidade da fotovoltaica de perovskita. Em 25 de setembro, os resultados de pesquisa relacionados, concluídos em conjunto pela equipe com a Universidade de Jinan, a Universidade de Tsinghua e outras instituições colaboradoras, foram publicados na revista acadêmica internacional Science.
O azul da Prússia é considerado o primeiro pigmento sintético moderno da história da humanidade, sendo amplamente utilizado em pintura, impressão e imagem cianotípica, entre outros campos. Ao mesmo tempo, suas características estruturais e químicas especiais, como a estrutura de arcabouço aberto e os centros de valência mista, demonstram potencial de aplicação no estudo de armazenamento de íons, transporte de íons e processos redox.
O azul da Prússia orienta o processo de cristalização da perovskita. Site oficial da Universidade de Xiamen
Neste estudo, os pesquisadores introduziram nanopartículas de azul da Prússia na camada absorvedora de luz de perovskita e, utilizando suas características de rede cristalina semelhantes às da perovskita, atividade redox reversível e estrutura de arcabouço aberto, fizeram com que participassem simultaneamente da regulação em duas etapas: a formação do material e a operação do dispositivo. A pesquisa descobriu que, após a introdução do azul da Prússia, os processos de nucleação, transformação de fase intermediária e crescimento cristalino da perovskita foram efetivamente regulados, resultando na formação de filmes com orientação preferencial mais evidente e menor deformação local; sob a ação de um campo elétrico externo, a migração de longo alcance e a redistribuição de íons foram suprimidas, e a variação do potencial local induzida pelo campo elétrico também foi significativamente reduzida.
Para verificar a aplicabilidade dessa estratégia de material em diferentes estruturas de dispositivos e sob condições de ampliação de área, a equipe de pesquisa realizou validações em células solares de perovskita de estrutura convencional e invertida. Após a introdução do azul da Prússia, a eficiência de conversão fotovoltaica de ambos os dispositivos de pequena área ultrapassou 26%; no processo de ampliação de área, o módulo de estrutura convencional de 6 cm × 6 cm obteve uma eficiência de 23,4%; o módulo de estrutura invertida de 30 cm × 30 cm obteve uma eficiência de 22,9%.
Este estudo considera a formação do filme de perovskita e a operação do dispositivo como um processo contínuo inter-relacionado e utiliza as propriedades químicas do azul da Prússia para regular de forma sinérgica o crescimento cristalino, a transformação de defeitos e a migração de íons, oferecendo novas ideias para o design de materiais de arcabouço aberto que combinam funções de orientação estrutural, tamponamento redox e regulação de íons.