De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipe internacional de pesquisadores desenvolveu um novo processo de cristalização em temperatura ambiente chamado Cold Casting Seletivo de Iodoplumbato (SICC, na sigla em inglês) para preparar células e módulos solares de perovskita com estrutura de heterojunção 2D/3D, que, segundo eles, melhora a estabilidade e a eficiência dos dispositivos.
As células solares de perovskita 2D tradicionais são mais estáveis do que os dispositivos 3D devido à proteção dos ligantes orgânicos, mas apresentam maior energia de ligação do éxciton. O autor correspondente, Aditya D. Mohite, da Universidade Rice, disse à pv magazine: "Desenvolvemos um novo método de cristalização em temperatura ambiente, chamado Cold Casting Seletivo de Iodoplumbato (SICC), que permite obter fases de perovskita cineticamente estáveis que não podem ser alcançadas por processamento termodinâmico convencional." A estratégia produz camadas 2D uniformes, melhorando o transporte de carga fora do plano em dispositivos de bicamada 3D:2D, alcançando eficiências superiores a 25% em células de pequena área e mais de 22% em módulos fotovoltaicos de grande área.
O estudo foi publicado na Nature Synthesis, com o título "Cold Casting Seletivo de Iodoplumbato para Perovskitas Cineticamente Estáveis que Possibilitam Módulos Fotovoltaicos de Alta Eficiência". Os pesquisadores apontam que o SICC controla a química dos precursores por meio do design do solvente, permitindo estruturas cristalinas de perovskita de baixa dimensionalidade incomuns, incluindo a fase ondulada MA₂PbI₄, difícil de obter em sistemas à base de metilamônio. "O processo SICC forma seletivamente espécies simplificadas de iodoplumbato, permitindo cristalização rápida e com alta pureza de fase, sem necessidade de recozimento térmico", acrescentou Mohite. Ao misturar solventes com diferentes números doadores, como acetonitrila e N-metil-2-pirrolidona (NMP), a equipe promoveu seletivamente a formação de espécies de iodoplumbato.
Ao contrário das perovskitas 2D tradicionais de baixo valor n, cujo desempenho é limitado pelo alinhamento de níveis isolantes, os filmes SICC fornecem transporte vertical eficiente de portadores e um alinhamento de bandas favorável com a perovskita 3D. "A camada 2D cultivada por SICC melhora significativamente a qualidade e a uniformidade da heteroestrutura 3D:2D, aumentando assim a eficiência, reduzindo a histerese e melhorando a estabilidade operacional", enfatizou Mohite.
Com base nessa tecnologia, os pesquisadores desenvolveram células solares de perovskita com área ativa de 0,094 cm², cuja estrutura do dispositivo inclui substrato de óxido de estanho dopado com flúor (FTO), camada de transporte de elétrons (ETL) de óxido de estanho (SnO₂), camada absorvedora de perovskita 3D, camada de perovskita 2D, camada de transporte de buracos (HTL) à base de Spiro-OMeTAD e eletrodo de ouro (Au). A estrutura de bicamada 3D/2D é formada pela integração de uma camada de perovskita 2D de iodeto de butilamônio e chumbo (BA₂PbI₄) por meio de um processo de crescimento no plano em estado sólido, sendo a bicamada prensada sob pressão de 60 MPa e temperatura entre 60 °C e 85 °C.
Para escalar, a equipe fabricou submódulos em substratos de 7,1 cm × 7,1 cm, cada um composto por 10 subcélulas monolíticas interconectadas, com área ativa de 25 cm². A interconexão foi realizada por meio de gravação a laser de picosegundos de 532 nm para as linhas P1, P2 e P3, com larguras de gravação de 25 μm, 120 μm e 110 μm, respectivamente. O processo de padronização otimizado resultou em um fator de preenchimento geométrico de 94,36%. Os dispositivos foram testados sob iluminação AM1.5G padrão, a 100 mW/cm², apresentando eficiência de conversão de potência de 25,14% para células de pequena área e 22,36% para o submódulo de 25 cm². Nos testes de estabilidade, os módulos encapsulados com vidro de cobertura de 1,1 mm de espessura usando resina curada por UV mantiveram mais de 90% do desempenho inicial por mais de 1000 horas sob operação contínua de um sol.
Mohite concluiu: "Nossos resultados indicam que as perovskitas de baixa dimensionalidade devem ser compreendidas e projetadas como produtos cinéticos, e não como materiais puramente termodinâmicos. Nosso trabalho fornece um caminho escalável para integrar perovskitas de baixa dimensionalidade estáveis em módulos solares de próxima geração de alta eficiência e fotovoltaicos tandem."
As instituições participantes do estudo incluem a Universidade Nacional de Seul (Seoul National University), o Instituto Coreano de Tecnologia Industrial (Korea Institute of Industrial Technology), a startup coreana de perovskita Frontier Energy Solution (FES), a Universidade Rice (Rice University) e a Universidade Northwestern (Northwestern University), nos EUA, e o Instituto Francês de Tecnologias Ópticas Funcionais para Informação (Institut Fonctions Optiques pour les Technologies de l’Information).
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