De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipa de investigação composta por cientistas da Universidade da Coreia, da Universidade de Toledo e da Universidade Nacional de Seul construiu uma célula solar tridimensional de perovskita que, em condições de teste laboratorial, excedeu 26% de eficiência e uma vida útil operacional superior a 24.000 horas. O estudo utilizou perovskitas de halogeneto, um material que tem sido difícil de fabricar no passado.
À medida que as células solares baseadas em silício atingem o seu potencial máximo de conversão de energia, os cientistas voltam a sua atenção para a perovskita, um material que pode não só permitir células solares mais eficientes, mas também torná-las mais económicas. O Professor Jun Hong Noh, da Universidade da Coreia, tem vindo a investigar um conceito de célula solar onde as camadas de transporte de carga são colocadas em ambos os lados da camada absorvente para passivar as superfícies e interfaces. Este método já foi utilizado em células solares de heterojunção de silício (HIT), mas a ideia de Noh utiliza perovskitas de halogeneto, que são mais difíceis de fabricar.
Para superar os desafios estruturais, Noh e os seus colegas recorreram a perovskitas de halogeneto bidimensionais (2D) com um largo hiato de banda. Ao colocar uma película fina 2D em contacto com uma película fina 3D e aplicar calor e pressão, os investigadores fizeram crescer uma camada 2D cristalina na superfície 3D. A equipa descobriu que o simples contacto dos materiais 2D e 3D alterava as propriedades óticas da camada 3D, incluindo a sua fotoluminescência, mesmo sem calor ou pressão. "Curiosamente, estas mudanças são reversíveis e fortemente dependentes do catião orgânico," disse Noh num comunicado de imprensa. "Ficámos realmente entusiasmados quando descobrimos ainda que esta interação de contacto afeta significativamente as transições de fase na perovskita 3D e tem origem na interação entre os catiões orgânicos nas camadas 2D e 3D."
Os investigadores levantaram a hipótese de que o tratamento térmico das duas películas finas já em contacto poderia levar a uma evolução estrutural na camada 3D. Para verificar esta hipótese, a equipa aplicou-a a películas finas de perovskita FAPbI₃, que frequentemente sofrem de imperfeições de cristalização. A hipótese provou ser correta quando os parâmetros da rede cristalina da película estavam muito próximos dos valores teóricos calculados pela equipa. Até mesmo o pó da película de FAPbI₃ fabricado pela equipa de investigação manteve uma fase mais estável do que o FAPbI₃ fabricado por métodos convencionais. "A perda de eficiência origina-se de estados de armadilha na superfície e no interior do volume, que estão diretamente relacionados com defeitos. Da mesma forma, sabe-se que as transições de fase começam nos defeitos. Portanto, alcançar uma estrutura cristalina quase perfeita é um dos desafios mais críticos neste campo," acrescentou Noh.
Os investigadores integraram a sua película fina de perovskita em células solares convencionais e descobriram que a eficiência aumentou para 26,25%, exibindo uma vida útil operacional de 24.000 horas em testes acelerados. Este processo de contacto de película fina 2D/3D é altamente escalável e pode ser utilizado para fabricar películas finas de área maior com menos defeitos. A equipa está agora a trabalhar na aplicação desta abordagem a células solares tandem totalmente de perovskita, onde a perovskita de baixo hiato de banda precisa de ser depositada sobre a camada de largo hiato de banda a baixas temperaturas. Os resultados da investigação foram publicados na revista Nature Energy.
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