Universidade da Coruña, na Espanha, revela que camada de contato de prata causa degradação inicial na fabricação de células solares de perovskita

De acordo com pt.wedoany.com-Um estudo internacional, com participação do grupo udcsolids do Centro Interdisciplinar de Química e Biologia (CICA) da Universidade da Coruña (Universidade da Coruña), na Espanha, revelou que, durante o processo de fabricação de células solares de perovskita, ocorrem reações químicas e movimentação de íons entre as camadas internas, e alguns materiais de contato metálico comumente usados podem desencadear a degradação da célula já nos estágios iniciais da fabricação.

O estudo aborda um obstáculo à comercialização de células solares de perovskita. A equipe de pesquisa reproduziu as interfaces internas da célula sob condições altamente controladas e analisou, camada por camada, as mudanças físico-químicas durante o processo de montagem. Os resultados mostram que há movimentação de íons no interior do dispositivo, bem como reações químicas capazes de alterar a estrutura da perovskita, o material-chave responsável por absorver a luz e gerar eletricidade.

A equipe construiu um dispositivo modelo sobre um monocristal de perovskita de iodeto de chumbo, depositando sequencialmente, por evaporação térmica, as camadas funcionais comumente usadas: uma camada orgânica de transporte de elétrons, uma camada orgânica como barreira e uma camada de prata como contato metálico. Medidas espectroscópicas mostraram que essas camadas reajustam seus níveis de energia ao entrar em contato, um processo que favorece o transporte de cargas.

Em termos de estabilidade, a camada orgânica forma uma interface quimicamente estável, mas a prata degrada a perovskita e gera chumbo metálico. O estudo confirmou que uma barreira orgânica suficientemente espessa pode mitigar essa degradação, pois atua como camada protetora e retém parte da prata. No entanto, o material de transporte ainda permite a passagem de íons de chumbo e iodo, que migram da perovskita para o contato metálico e ali se acumulam.

O uso de monocristais permitiu estudar a estabilidade intrínseca da perovskita, minimizando assim a influência de defeitos e contornos de grão presentes em filmes finos. O estudo também destaca que a degradação ocorre durante o processo de montagem, sem necessidade de exposição ambiental, e afeta outras perovskitas semelhantes.

O estudo ressalta a necessidade de proteger a camada absorvedora e de desenvolver estratégias que bloqueiem a migração de íons e mantenham um alinhamento favorável dos níveis de energia. A pesquisa confirmou que certas camadas protetoras podem reduzir parte desses processos de degradação, fornecendo informações úteis para o projeto de dispositivos mais estáveis e duráveis.

Alberto García destacou que, para aplicar esses resultados à indústria fotovoltaica, a fabricação de painéis solares de perovskita p-i-n deve priorizar a otimização da espessura das camadas, pois o estudo demonstrou que isso é crucial para prevenir a degradação. Ele também recomendou que os fabricantes desenvolvam camadas de transporte com menor permeabilidade para mitigar a migração de íons, um processo de degradação que já começa durante a montagem das camadas superiores.

García afirmou que o design industrial caminhará para um controle mais rigoroso das interfaces, a fim de maximizar o realinhamento favorável dos níveis de energia entre os materiais de contato, aumentando assim a eficiência e a estabilidade operacional de longo prazo. Ele não tem conhecimento, até o momento, de empresas do setor que tenham contatado a universidade para discutir a aplicação industrial desses resultados.

García concluiu que esses resultados mostram que a forma como o dispositivo é fabricado tem impacto direto em seu desempenho e vida útil. No futuro, será muito importante otimizar as camadas que compõem o dispositivo, controlar melhor as interfaces entre os diferentes materiais e desenvolver estruturas mais estáveis para reduzir os processos de degradação, tudo isso contribuindo para obter dispositivos mais eficientes, duráveis e confiáveis.

O estudo foi realizado em colaboração entre a Universidade da Coruña e a Universidade de Uppsala (Uppsala University), na Suécia, e foi publicado na revista científica ESS Solar sob o título "Energetics and chemistry at electron selective interfaces for p-i-n perovskite solar cells: an in situ investigation" (Energética e química em interfaces seletivas de elétrons para células solares de perovskita p-i-n: uma investigação in situ).