Uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade da Califórnia em San Diego observou pela primeira vez mudanças em nanoescala nas profundezas dos cristais de perovskita híbrida que poderiam oferecer novos insights sobre o desenvolvimento de baixo custo. células solares de alta eficiência.

Usando raios-X e lasers, pesquisadores estudaram como uma nova classe promissora de materiais de células solares, chamados perovskitas híbridos, se comporta em nível de nanoescala durante a operação. Seus experimentos revelaram que quando a voltagem é aplicada, íons migram dentro do material, criando regiões que não são mais tão eficientes na conversão de luz em eletricidade.

"A migração de íons prejudica o desempenho do material de absorção de luz. Limitá-la pode ser a chave para melhorar a qualidade dessas células solares, "disse David Fenning, professor de nanoengenharia e membro do Centro de Energia e Energia Sustentável da UC San Diego.

O time, liderado por Fenning, inclui pesquisadores do Instituto AMOLF da Holanda e do Laboratório Nacional de Argonne. Os pesquisadores publicaram suas descobertas em Materiais avançados .

As perovskitas híbridas são materiais cristalinos feitos de uma mistura de íons inorgânicos e orgânicos. Eles são materiais promissores para a fabricação de células solares de última geração porque são baratos para fabricar e são consideravelmente eficientes na conversão de luz em eletricidade.

Contudo, perovskitas híbridas não são muito estáveis, o que pode torná-los difíceis de estudar. As técnicas microscópicas normalmente usadas para estudar células solares muitas vezes acabam danificando as perovskitas híbridas ou não conseguem obter imagens além de suas superfícies.

Agora, uma equipe liderada pela UC San Diego mostrou que, ao usar uma técnica chamada fluorescência de raios-X de nanossonda, eles podem sondar profundamente materiais híbridos de perovskita sem destruí-los. "Esta é uma nova janela para espiar dentro desses materiais e ver precisamente o que está errado, "Fenning disse.

Os pesquisadores estudaram um tipo de perovskita híbrida chamada brometo de chumbo de metilamônio, que contém íons de bromo carregados negativamente. Como outras perovskitas híbridas, sua estrutura cristalina contém muitas vagas, ou átomos faltando, que foram suspeitos de permitir que os íons se movam prontamente dentro do material quando uma voltagem é aplicada.

Os pesquisadores primeiro realizaram medições de fluorescência de raios-X com nanossondas nos cristais para criar mapas de alta resolução dos átomos dentro do material. Os mapas revelaram que quando a tensão é aplicada, os íons de bromo migram de áreas com carga negativa para áreas com carga positiva.

Próximo, os pesquisadores iluminaram os cristais com um laser para medir uma propriedade chamada fotoluminescência - a capacidade do material de emitir luz quando excitado por um laser - em diferentes áreas dos cristais. Um bom material de célula solar emite luz muito bem, então quanto maior a fotoluminescência, mais eficiente deve ser a célula solar. As áreas com maiores concentrações de bromo tiveram fotoluminescência até 180 por cento maior do que as áreas depletadas de íons de bromo.

"Observamos os íons de bromo migrar em minutos e vemos que as áreas ricas em bromo resultantes têm o potencial de se tornarem células solares melhores, enquanto o desempenho é degradado em áreas pobres em bromo, "Fenning disse. Fenning e sua equipe estão agora explorando maneiras de limitar a migração do brometo no brometo de chumbo metilamônio e outras perovskitas híbridas. Os pesquisadores dizem que uma opção potencial seria o cultivo de cristais de perovskita híbrida em diferentes condições para minimizar o número de vagas e limitar a migração de íons na estrutura cristalina.