Equipa de investigação iraniana aumenta eficiência de células solares de perovskita em mais de 20% com texturas aleatórias

De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipa de investigação iraniana analisou sistematicamente o impacto de texturas de interface aleatórias no desempenho de células solares de perovskita de metilamónio e chumbo iodeto (MAPbI₃), recorrendo a um quadro de simulação optoelectrónica acoplada de elementos finitos bidimensionais. Descobriram que a morfologia de textura quase sinusoidal permite o melhor equilíbrio optoelectrónico, aumentando a eficiência de conversão de potência em mais de 20% em relação a um dispositivo de referência planar.

Este estudo investigou como a introdução de texturas nanoestruturadas em todas as camadas do dispositivo afeta o seu comportamento. O modelo capturou a interação entre efeitos óticos (como maior captura e absorção de luz) e processos eletrónicos (incluindo transporte e recombinação de carga), revelando vias potenciais para a texturização multicamada otimizar a eficiência global do dispositivo.

A autora correspondente, Maryam Zoghi, da Universidade Tarbiat Modares, afirmou à pv magazine: "Muitos estudos utilizam texturas aleatórias ou periódicas, mas nós comparámos sistematicamente três morfologias aleatórias diferentes e descobrimos que o desempenho do dispositivo não é simplesmente determinado pelo aumento da rugosidade ou da área superficial. O fator chave é o compromisso entre a absorção benéfica melhorada na camada de perovskita e as perdas de transporte causadas pela tortuosidade dependente da morfologia." Acrescentou que a equipa está a explorar rotas de fabrico escaláveis para reproduzir de forma fiável as morfologias identificadas neste trabalho, planeando também estudar a estabilidade a longo prazo destas interfaces texturadas.

O estudo de simulação envolveu três morfologias de interface aleatórias representativas: piramidal, irregular e quase sinusoidal. A morfologia piramidal apresentou a menor rugosidade, relação área de interface e profundidade de características; a morfologia irregular ofereceu maior área de interface e características mais profundas, mas também a maior tortuosidade de transporte; a morfologia quase sinusoidal combinou a maior área de interface e as características mais profundas com tortuosidade moderada, alcançando assim o melhor desempenho fotovoltaico global.

Tomando como referência uma célula solar de perovskita planar, todas as células utilizaram os mesmos materiais e espessuras de camada. A estrutura do dispositivo simulado foi ITO/TiO₂/MAPbI₃/CuSCN/Au, incluindo especificamente um elétrodo frontal de óxido de índio e estanho (ITO) de 50 nm, uma camada de transporte de eletrões de dióxido de titânio (TiO₂) de 90 nm, uma camada absorvente de perovskita MAPbI₃ de 200 nm, uma camada de transporte de lacunas de CuSCN de 80 nm e um elétrodo traseiro de ouro (Au) de 100 nm.

Zoghi salientou: "O resultado mais surpreendente foi que a textura quase sinusoidal, que não é a morfologia mais nítida nem a mais irregular, superou consistentemente as estruturas piramidal e irregular. Inicialmente, esperávamos que texturas mais agressivas, como a irregular, produzissem a maior fotocorrente devido à dispersão de luz mais forte." Os dados específicos mostram que a morfologia quase sinusoidal proporcionou o equilíbrio optoelectrónico mais favorável, alcançando uma densidade de corrente de curto-circuito de 25,1 mA cm⁻² e uma eficiência de conversão de potência de 21,38% para dispositivos com uma camada absorvente de 200 nm, com um aumento de 15% na Jsc em relação à referência planar.

"Embora a estrutura irregular oferecesse algumas vantagens óticas, sofreu maiores perdas elétricas, possivelmente devido ao aumento da tortuosidade e da resistência em série. Em contraste, a forma quase sinusoidal mais suave alcançou um melhor equilíbrio optoelectrónico, com um aumento de 15% na densidade de corrente de curto-circuito e um aumento de mais de 20% na eficiência de conversão de potência. Isto sugere que 'mais textura' nem sempre é melhor", acrescentou Zoghi.

Os resultados da investigação foram publicados na revista Results in Physics sob o título "Random textured interfaces for efficiency enhancement of perovskite solar cells", com a participação de cientistas da Universidade Tarbiat Modares e da Universidade de Teerão, no Irão.