Uma nova visão sobre como uma determinada classe de materiais fotovoltaicos permite a conversão eficiente da luz do sol em eletricidade poderia configurar esses materiais para substituir as células solares de silício tradicionais. Um estudo realizado por pesquisadores da Penn State revela as propriedades únicas dessas perovskitas de halogeneto baratas e de produção rápida, informações que irão orientar o desenvolvimento de células solares de próxima geração. O estudo aparece em 27 de setembro na revista Chem .

"Desde o desenvolvimento das células solares de silício, que hoje pode ser encontrada em telhados e estradas, pesquisadores têm buscado novos tipos de materiais fotovoltaicos que são mais fáceis de processar em células solares, "disse John Asbury, professor associado de química na Penn State e autor sênior do estudo. "Isso ocorre porque a construção de células solares de silício é complexa e difícil de aumentar ao nível que seria necessário para que gerassem até 10 por cento de nossa demanda total de eletricidade."

Por causa dessas complicações, os pesquisadores têm buscado alternativas menos caras às células solares de silício que possam ser processadas mais rapidamente. Eles estão particularmente interessados ​​em materiais que podem ser processados ​​usando uma técnica chamada fabricação rolo a rolo, uma técnica semelhante à usada para imprimir jornais que permite baixo custo, produção de alto volume. Esses materiais devem ser processados ​​a partir da solução, como tinta impressa em uma página.

"Depois de quarenta anos de intensa pesquisa para esses materiais, nada chegou perto do silício - exceto uma classe interessante de materiais conhecida como perovskitas de haleto, ", disse Asbury." As perovskitas halogenadas parecem ter uma tolerância única para imperfeições em suas estruturas, o que permite que convertam a luz solar em eletricidade de maneira eficiente, ao passo que outros materiais com imperfeições semelhantes não o fazem ", disse Asbury.

O que torna as perovskitas de haleto tão tolerantes a imperfeições, Contudo, era desconhecido antes deste estudo. Os pesquisadores usaram a tecnologia de imagem infravermelha ultrarrápida para investigar como a estrutura e a composição desses materiais influenciam sua capacidade de converter a luz solar em eletricidade.

Os pesquisadores determinaram que as perovskitas halogenadas têm uma capacidade única de manter sua estrutura cristalina, mesmo quando os átomos em seus cristais sofrem um movimento vibracional em larga escala incomum. Todos os materiais experimentam o movimento vibracional de seus átomos, que é normalmente suprimido tornando os cristais dos materiais muito duros - como o silício - de modo que seus átomos sejam mantidos rigidamente no lugar. Mas, de acordo com o estudo atual, perovskitas halogenadas são muito macias, o que permite que seus átomos se movam e contribui para sua notável eficiência.

"O que é interessante é que esses movimentos atômicos em grande escala normalmente levam a uma perda da estrutura cristalina em outros materiais, criando imperfeições que drenam a energia do estado excitado, "disse Asbury." Mas com perovskitas halogenadas, pesquisadores podem substituir quimicamente átomos carregados eletronicamente no material para ajustar as amplitudes de tais movimentos em escala atômica. Isso nos permitirá melhorar o desempenho e a estabilidade dos materiais de perovskita halogenada.

"Atualmente, As perovskitas de halogeneto muitas vezes contêm elementos tóxicos como chumbo e ainda não são tão estáveis ​​quanto deveriam ser para substituir as células solares de silício, "disse Asbury." As percepções deste estudo nos permitirão criar regras para projetar novas perovskitas de halogeneto usando processamento roll-to-roll. Isso guiará o desenvolvimento de materiais de perovskita de próxima geração que são mais estáveis ​​e que contêm elementos menos tóxicos, como estanho em vez de chumbo. "