Com a eficiência de conversão de energia das células solares de silício em um patamar de cerca de 25%, os perovskitas estão agora em uma posição ideal para se tornarem a próxima geração de energia fotovoltaica do mercado. Em particular, As perovskitas orgânicas-inorgânicas de haleto de chumbo oferecem versatilidade de fabricação que pode potencialmente se traduzir em uma eficiência muito maior:estudos já mostraram desempenhos fotovoltaicos acima de 20% em diferentes arquiteturas de células solares construídas com processos simples e de baixo custo.

O principal desafio para o campo da perovskita não é tanto a eficiência, mas a estabilidade. Ao contrário das células de silício, perovskitas são materiais cristalinos moles e sujeitos a problemas devido à decomposição ao longo do tempo. Em um contexto comercial, isso coloca as perovskitas em um preço mais alto do que as células convencionais de silício.

Tem havido, portanto, muitos esforços na síntese de materiais de perovskita que podem manter alta eficiência ao longo do tempo. Isso é feito através da introdução de diferentes cátions (íons carregados positivamente) na estrutura cristalina da perovskita. Embora o sucesso tenha sido relatado pela mistura de cátions inorgânicos como césio ou rubídio na composição de perovskita, essas soluções tendem a ser difíceis e caras de implementar.

Enquanto isso, nenhum cátion orgânico - e mais fácil de sintetizar - que pode melhorar a eficiência e estabilidade foi encontrado até agora. Agora, o laboratório de Mohammad Khaja Nazeeruddin na EPFL Valais Wallis, com colegas da Universidade de Córdoba, descobriu que eles podem melhorar a estabilidade da perovskita através da introdução do grande cátion orgânico guanidínio (CH6N3 +) em perovskitas de metilamônio e iodeto de chumbo, que estão entre as alternativas mais promissoras do grupo hoje.

Os cientistas mostram que o cátion guanidínio se insere na estrutura cristalina da perovskita e aumenta a estabilidade térmica e ambiental geral do material, superando o que é conhecido na área como "limite do fator de tolerância Goldschmidt". Este é um indicador da estabilidade de um cristal de perovskita, que descreve como um íon específico é compatível com ele. Um fator de tolerância Goldschmidt ideal deve ser menor ou igual a 1; o de guanidínio é apenas 1,03.

O estudo descobriu que a adição de guanidínio melhorou significativamente a estabilidade do material da perovskita, proporcionando uma eficiência de conversão de energia média acima de 19% (19,2 ± 0,4%) e estabilizando esse desempenho por 1000 horas sob iluminação de luz contínua, que é um teste de laboratório padrão para medir a eficiência de materiais fotovoltaicos. Os cientistas estimam que isso corresponda a 1.333 dias (ou 3,7 anos) de uso no mundo real - isso se baseia em critérios padrão usados ​​no campo.

O professor Nazeeruddin explica:"Tomando um fator de aceleração padrão de 2 para cada aumento de dez graus na temperatura, um fator de aceleração de 8 é estimado para 55 ° C em oposição a 25 ° C graus. Portanto, as 1000 horas a 55 ° C equivalente seriam 8000 horas. Nossas células foram submetidas a 60 ° C, portanto, os números podem ser ainda maiores. Supondo o equivalente a 6 horas de luz solar plena / dia, ou irradiância média de 250Wm-2 (equivalente ao Norte da África), o número total de dias é de 1333, é igual a 44,4 meses e 3,7 anos de estabilidade. Contudo, para o credenciamento de células solares padrão, uma série de testes de estresse, incluindo ciclos de temperatura e calor úmido, também são necessários. "

“Este é um passo fundamental dentro do campo da perovskita, "diz Nazeeruddin." Ele oferece um novo paradigma no projeto de perovskita, já que outras explorações além do limite do fator de tolerância podem prevalecer para misturas catiônicas, preservando uma estrutura 3D com estabilidade aprimorada por meio de um maior número de ligações H dentro da estrutura inorgânica - um problema que nós estão prestes a ser resolvidos. "