As instalações de painéis solares estão aumentando nos EUA, com mais de 2 milhões de novas instalações no início de 2019, o maior já registrado em um primeiro trimestre, de acordo com um relatório recente da Solar Energy Industries Association e Wood Mackenzie Power &Renewables.

Para atender às demandas cada vez maiores, alternativas de baixo custo e mais eficientes para células solares à base de silício - atualmente a tecnologia mais amplamente usada - são desejáveis. Na década passada, As perovskitas de haleto de chumbo surgiram como a classe mais promissora de materiais alternativos; Contudo, eles são instáveis. Eles contêm chumbo, que é tóxico e apresenta riscos potenciais à saúde e ao meio ambiente, como a contaminação das águas subterrâneas.

Uma equipe de engenheiros da Washington University em St. Louis encontrou o que eles acreditam ser mais estável, semicondutor menos tóxico para aplicações solares usando um novo óxido de perovskita duplo descoberto por meio de análise de dados e cálculos de mecânica quântica.

Seu trabalho foi publicado online em 11 de junho em Química de Materiais .

Rohan Mishra, professor assistente de engenharia mecânica e ciência dos materiais na McKelvey School of Engineering, liderou uma interdisciplinaridade, equipe internacional que descobriu o novo semicondutor, feito de potássio, bário, telúrio, bismuto e oxigênio (KBaTeBiO6). O óxido de perovskita dupla sem chumbo foi um dos 30 iniciais, 000 potenciais óxidos à base de bismuto. Desses 30, 000, apenas cerca de 25 eram compostos conhecidos.

Usando informática de materiais e cálculos de mecânica quântica em um dos supercomputadores mais rápidos do mundo, Arashdeep Singh Thind, um estudante de doutorado no laboratório de Mishra baseado no Oak Ridge National Laboratory, considerou o KBaTeBiO6 o mais promissor dos 30, 000 óxidos potenciais.

"Descobrimos que este parecia ser o composto mais estável e que poderia ser sintetizado em laboratório, "Mishra disse." Mais importante, enquanto a maioria dos óxidos tende a ter uma grande banda, previmos que o novo composto teria um gap menor, que está perto das perovskitas halogenadas, e ter propriedades razoavelmente boas. "

O gap é a barreira de energia que os elétrons devem superar para formar portadores livres que, no contexto de uma célula solar, pode ser extraído para alimentar um dispositivo elétrico ou armazenado em uma bateria para uso posterior. A energia para superar essa barreira é fornecida pela luz solar. Os compostos mais promissores para aplicações de células solares têm um gap de cerca de 1,5 eV, ou elétron-volt, Mishra disse.

Mishra discutiu a possibilidade de sintetizar KBaTeBiO6 com Pratim Biswas, vice-chanceler assistente, o Professor Lucy &Stanley Lopata e presidente do Departamento de Energia, Engenharia Ambiental e Química. Shalinee Kavadiya, em seguida, um aluno de doutorado em engenharia da McKelvey e agora um associado de pesquisa de pós-doutorado na Arizona State University, começou a trabalhar no aperfeiçoamento da receita.

"Shalinee passou cerca de seis meses sintetizando o material, "Mishra disse." Uma vez que ela foi capaz de sintetizá-lo, como havíamos previsto, era estável e tinha uma lacuna de banda de 1,88 eV, que também previmos. "

Mishra disse que essas são células solares de primeira geração que precisam de um ajuste mais preciso do gap, mas é um bom primeiro passo em direção às células solares não tóxicas.

"Isso mostra que podemos nos afastar dessas perovskitas de haleto de chumbo, "Mishra disse." Isso abre um espaço realmente grande para projetar semicondutores não apenas para aplicações de células solares, mas também para outras aplicações de semicondutores, como monitores LCD. "

Próximo, a equipe estudará o papel de quaisquer defeitos neste novo semicondutor e buscará técnicas de síntese mais avançadas, incluindo o uso de técnicas de aerossol.