As janelas inteligentes que são transparentes quando está escuro ou frio, mas escurecem automaticamente quando o sol está muito forte, são dispositivos de economia de energia cada vez mais populares. Mas imagine que quando a janela está escurecida, simultaneamente produz eletricidade. Esse material - um vidro fotovoltaico que também é reversivelmente termocrômico - é uma tecnologia verde na qual os pesquisadores trabalharam há muito tempo, e agora, cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) demonstraram uma maneira de fazê-lo funcionar.

Pesquisadores do Berkeley Lab, um laboratório nacional do Departamento de Energia (DOE), descobriu que uma forma de perovskita, um dos materiais mais quentes na pesquisa solar atualmente devido à sua alta eficiência de conversão, funciona surpreendentemente bem como um material semicondutor estável e fotoativo que pode ser alternado reversivelmente entre um estado transparente e um estado não transparente, sem degradar suas propriedades eletrônicas.

A pesquisa, liderado por Peidong Yang da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab, foi publicado esta semana no jornal Materiais da Natureza em um estudo intitulado, "Thermochromic Halide Perovskite Solar Cells." Os autores principais foram Jia Lin, Minliang Lai, e Letian Dou, tudo no grupo de pesquisa de Yang.

Os cientistas fizeram a descoberta enquanto investigavam a transição de fase do material, uma perovskita inorgânica. "Esta classe de perovskita de haleto inorgânico tem uma incrível química de transição de fase, "disse Yang, que também é professor nos departamentos de química da UC Berkeley, e Ciência e Engenharia de Materiais. "Pode mudar essencialmente de uma estrutura de cristal para outra quando mudamos ligeiramente a temperatura ou introduzimos um pouco de vapor de água."

Quando o material muda sua estrutura cristalina, ele muda de transparente para não transparente. "Esses dois estados têm exatamente a mesma composição, mas estruturas cristalinas muito diferentes, "disse ele." Isso foi muito interessante para nós. Portanto, você pode manipulá-lo facilmente de uma forma que não está disponível nos semicondutores convencionais existentes. "

Os materiais perovskita halogenados são compostos que possuem a estrutura cristalina do mineral perovskita. Suas propriedades únicas, altas taxas de eficiência, e a facilidade de processamento o tornaram um dos desenvolvimentos mais promissores em tecnologia solar nos últimos anos.

Pesquisadores em outro laboratório DOE, o Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL), recentemente fez uma descoberta relacionada, usando uma reação química em uma perovskita híbrida para demonstrar uma janela solar comutável.

Os pesquisadores do Berkeley Lab não se propuseram originalmente a desenvolver uma janela solar termocrômica. Eles estavam investigando as transições de fase em células solares de perovskita e tentando melhorar a estabilidade no híbrido orgânico-inorgânico prototípico de perovskita e metilamônio iodeto de chumbo. Então, eles tentaram usar césio para substituir o metilamônio.

"A estabilidade química melhorou dramaticamente, mas infelizmente a fase não era estável, "disse Dou, que foi pesquisador de pós-doutorado e agora é professor assistente na Purdue University. "Transformou-se na fase T [temperatura] baixa. Era uma desvantagem, mas então o transformamos em algo único e útil. "

O material é acionado para fazer a transição da fase T baixo para a fase T alta (ou de transparente para não transparente) pela aplicação de calor. No laboratório, a temperatura necessária era de cerca de 100 graus Celsius. Yang disse que está trabalhando para baixá-lo para 60 ° C.

Lin, um pós-doutorado do Berkeley Lab, disse umidade, ou umidade, foi usado no laboratório para acionar a transição reversa. "A quantidade de umidade necessária depende da composição e do tempo de transição desejado, "disse ele." Por exemplo, mais brometo torna o material mais estável, portanto, a mesma umidade exigiria mais tempo para se transformar do estado de T alto para T baixo. "

Os pesquisadores também continuarão a trabalhar no desenvolvimento de formas alternativas para desencadear a transição reversa, como aplicando tensão, ou projetar a fonte da umidade.

"A célula solar mostra um desempenho totalmente reversível e excelente estabilidade do dispositivo ao longo de ciclos de transição de fase repetidos, sem qualquer desbotamento da cor ou degradação do desempenho, "disse Lai, um estudante de graduação no grupo de Yang. "Com um dispositivo como este, um prédio ou carro pode coletar energia solar através da janela fotovoltaica inteligente. "