Uma solução simples de potássio pode aumentar a eficiência das células solares de próxima geração, permitindo-lhes converter mais luz solar em eletricidade.

Uma equipe internacional de pesquisadores liderada pela Universidade de Cambridge descobriu que a adição de iodeto de potássio "curou" os defeitos e o movimento de íons imobilizados, que até agora limitaram a eficiência das células solares de perovskita baratas. Essas células solares de próxima geração podem ser usadas como uma camada de aumento de eficiência em cima das células solares baseadas em silício existentes, ou ser transformados em células solares independentes ou LEDs coloridos. Os resultados são relatados no jornal Natureza .

As células solares no estudo são baseadas em perovskitas de halogeneto de metal - um grupo promissor de materiais semicondutores iônicos que em apenas alguns anos de desenvolvimento agora rivalizam com as tecnologias fotovoltaicas de filme fino comerciais em termos de eficiência na conversão de luz solar em eletricidade. As perovskitas são baratas e fáceis de produzir em baixas temperaturas, o que os torna atraentes para células solares de última geração e iluminação.

Apesar do potencial dos perovskitas, algumas limitações prejudicaram sua eficiência e consistência. Pequenos defeitos na estrutura cristalina das perovskitas, chamadas armadilhas, pode fazer com que os elétrons fiquem 'presos' antes que sua energia possa ser aproveitada. Quanto mais fácil os elétrons podem se mover em um material de célula solar, mais eficiente esse material será na conversão de fótons, partículas de luz, em eletricidade. Outro problema é que os íons podem se mover na célula solar quando iluminados, o que pode causar uma mudança no bandgap - a cor da luz que o material absorve.

"Até aqui, não conseguimos tornar esses materiais estáveis ​​com a folga de que precisamos, então estamos tentando imobilizar o movimento do íon ajustando a composição química das camadas de perovskita, "disse o Dr. Sam Stranks do Laboratório Cavendish de Cambridge, quem liderou a pesquisa. "Isso permitiria que as perovskitas fossem usadas como células solares versáteis ou LEDs coloridos, que são essencialmente células solares que funcionam ao contrário. "

No estudo, os pesquisadores alteraram a composição química das camadas de perovskita adicionando iodeto de potássio às tintas de perovskita, que então se automontam em filmes finos. A técnica é compatível com processos roll-to-roll, o que significa que é escalonável e barato. O iodeto de potássio formou uma camada "decorativa" no topo da perovskita que teve o efeito de "curar" as armadilhas para que os elétrons pudessem se mover mais livremente, bem como imobilizar o movimento do íon, o que torna o material mais estável no bandgap desejado.

Os pesquisadores demonstraram um desempenho promissor com os bandgaps de perovskita ideais para camadas no topo de uma célula solar de silício ou com outra camada de perovskita - as chamadas células solares em tandem. As células solares em tandem de silício são a primeira aplicação generalizada mais provável de perovskitas. Ao adicionar uma camada de perovskita, a luz pode ser colhida com mais eficiência em uma faixa mais ampla do espectro solar.

"O potássio estabiliza os bandgaps de perovskita que queremos para as células solares em tandem e os torna mais luminescentes, o que significa células solares mais eficientes, "disse Stranks, cuja investigação é financiada pela União Europeia e pelo Programa Horizonte 2020 do Conselho Europeu de Investigação. "Gerencia quase inteiramente os íons e defeitos nas perovskitas."

"Descobrimos que as perovskitas são muito tolerantes a aditivos - você pode adicionar novos componentes e eles terão um desempenho melhor, "disse o primeiro autor Mojtaba Abdi-Jalebi, um candidato a PhD no Laboratório Cavendish que é financiado pela Nava Technology Limited. "Ao contrário de outras tecnologias fotovoltaicas, não precisamos adicionar uma camada adicional para melhorar o desempenho, o aditivo é simplesmente misturado com a tinta perovskita. "

Os dispositivos de perovskita e potássio mostraram boa estabilidade nos testes, e foram 21,5% eficientes na conversão de luz em eletricidade, que é semelhante às melhores células solares à base de perovskita e não muito abaixo do limite de eficiência prática das células solares à base de silício, que é (29%). Células tandem feitas de duas camadas de perovskita com bandgaps ideais têm um limite de eficiência teórico de 45% e um limite prático de 35% - ambos os quais são mais altos do que os limites de eficiência prática atuais para silício. "Você obtém mais poder pelo seu dinheiro, "disse Stranks.