p As perovskitas à base de chumbo são materiais muito promissores para a produção de painéis solares. Eles transformam luz em eletricidade de forma eficiente, mas também apresentam algumas desvantagens importantes:os materiais mais eficientes não são muito estáveis, enquanto o chumbo é um elemento tóxico. Cientistas da Universidade de Groningen estão estudando alternativas para perovskitas à base de chumbo. Dois fatores que afetam significativamente a eficiência dessas células solares são a capacidade de formar filmes finos e a estrutura dos materiais nas células solares. Portanto, é muito importante investigar in situ como os cristais de perovskita sem chumbo se formam e como a estrutura do cristal afeta o funcionamento das células solares. Os resultados do estudo foram publicados na revista Materiais Funcionais Avançados em 31 de março. p As células fotovoltaicas baseadas em perovskitas híbridas foram introduzidas pela primeira vez em 2009 e rapidamente se tornaram quase tão eficientes quanto as células solares de silício padrão. Esses materiais têm uma estrutura cristalina muito distinta, conhecida como estrutura perovskita. Em uma célula unitária cúbica idealizada, ânions formam um octaedro em torno de um cátion central, enquanto os cantos do cubo são ocupados por outros, cátions maiores. Diferentes íons podem ser usados ​​para criar diferentes perovskitas.

p Spin coating

p Os melhores resultados em células solares foram obtidos usando perovskitas com chumbo como o cátion central. Como esse metal é tóxico, alternativas à base de estanho foram desenvolvidas, por exemplo, iodeto de formamidínio e estanho (FASnI ₃ ) Este é um material promissor; Contudo, falta a estabilidade de alguns dos materiais à base de chumbo. Foram feitas tentativas para misturar o 3-D FASnI ₃ cristais com materiais em camadas, contendo o cátion orgânico feniletilamônio (PEA). "Meu colega, Professora Maria Loi, e sua equipe de pesquisa mostrou que adicionar uma pequena quantidade deste PEA produz um material mais estável e eficiente, "diz o professor assistente Giuseppe Portale." No entanto, adicionar muito reduz a eficiência fotovoltaica. "

p É aí que entra Portale. As perovskitas são estudadas há muito tempo pela Professora de Fotofísica e Optoeletrônica Maria Loi, enquanto Portale desenvolveu uma técnica de difração de raios-X que lhe permite estudar a rápida formação de filmes finos em tempo real durante o spin-coating da solução. Em escala de laboratório, os filmes de perovskita são geralmente feitos por revestimento por rotação, um processo no qual uma solução precursora é entregue em um substrato de rotação rápida. Os cristais crescem à medida que o solvente evapora. Na linha de luz BM26B-DUBBLE na European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) em Grenoble, França, Portale investigou o que acontece durante a formação do filme de estanho-perovskita.

p Interface

p "Nossa ideia inicial, que foi baseado em investigações ex situ, era que os cristais orientados crescem da superfície do substrato para cima, "Portale explica. No entanto, os resultados in situ mostraram o contrário:os cristais começam a crescer na interface ar / solução. Durante seus experimentos, ele usou 3-D FASnI ₃ com a adição de diferentes quantidades de 2-D PEASnI ₄ . Na perovskita 3-D pura, cristais começaram a se formar na superfície, mas também na maior parte da solução. Contudo, adicionar uma pequena quantidade do material 2-D suprimiu a cristalização em massa e os cristais apenas cresceram a partir da interface.

p "As moléculas de PEA desempenham um papel ativo na solução precursora das perovskitas, estabilizar o crescimento de cristais tipo 3-D orientados por meio da coordenação nas bordas do cristal. Além disso, As moléculas de PEA evitam a nucleação na fase de massa, portanto, o crescimento do cristal ocorre apenas na interface ar / solvente, "Portale explica. Os filmes resultantes são compostos de cristais de perovskita tipo 3-D alinhados e uma quantidade mínima de perovskita tipo 2-D, localizado na parte inferior do filme. A adição de baixas concentrações do material 2-D produz um material fotovoltaico estável e eficiente, enquanto a eficiência cai drasticamente em altas concentrações desse material 2-D.

p Isolador

p Os experimentos de Portale e Loi podem explicar esta observação:"A perovskita tipo 2-D está localizada na interface substrato / filme. Aumentar o conteúdo do material 2-D acima de uma certa quantidade causa a formação de um 2- Camada orgânica tipo D que atua como um isolante, com efeito prejudicial para a eficiência do dispositivo. "A conclusão do estudo é que a formação dessa camada isolante deve ser evitada para se obter uma perovskita à base de estanho altamente eficiente e estável." O próximo passo é perceber isso, por exemplo, brincando com solventes, temperatura ou interações específicas perovskita / substrato que podem interromper a formação dessa espessa camada isolante. "