p Os projetistas de células solares sabem que suas criações precisam enfrentar uma ampla gama de temperaturas e todos os tipos de condições climáticas - condições que podem afetar sua eficiência e vida útil. p O professor assistente de química e bioquímica da Florida State University Lea Nienhaus e a ex-pesquisadora de pós-doutorado da FSU Sarah Wieghold estão ajudando a compreender os processos fundamentais em um material conhecido como perovskitas, trabalho que poderia levar a células solares mais eficientes que também fazem um trabalho melhor de resistência à degradação. Eles descobriram que pequenos ajustes na composição química dos materiais, bem como a magnitude do campo elétrico ao qual é exposto, podem afetar muito a estabilidade geral do material.

p Seu último trabalho foi publicado em dois estudos em Journal of Materials Chemistry C e Journal of Applied Physics.

p A pesquisa deles está focada em melhorar o potencial dos perovskitas, um material com uma estrutura cristalina baseada em íons de chumbo carregados positivamente, conhecidos como cátions e ânions halogenetos carregados negativamente. Em uma estrutura cristalina de perovskita cúbica, os octaedros formados pelos íons chumbo e haleto são circundados por cátions adicionais carregados positivamente.

p As primeiras células solares perovskita, que foram desenvolvidos em 2006, teve uma eficiência de conversão de energia solar de cerca de 3 por cento, mas as células desenvolvidas em 2020 têm uma eficiência de conversão de energia de mais de 25 por cento. Esse rápido aumento na eficiência os torna um material promissor para pesquisas futuras, mas eles têm desvantagens para a viabilidade comercial, como a tendência de degradar rapidamente.

p "Como podemos tornar as perovskitas mais estáveis ​​nas condições do mundo real nas quais serão usadas?" Disse Nienhaus. "O que está causando a degradação? Isso é o que estamos tentando entender. As perovskitas que não se degradam rapidamente podem ser uma ferramenta valiosa para obter mais energia das células solares."

p As perovskitas são os chamados "materiais moles, "apesar das ligações iônicas da rede cristalina que compõem sua estrutura. Os haletos ou cátions no material podem se mover através dessa rede, o que pode aumentar sua taxa de degradação, resultando em uma falta de estabilidade de longo prazo.

p No Journal of Materials Chemistry C papel, os pesquisadores investigaram a influência combinada da luz e da temperatura elevada no desempenho de perovskitas de haletos mistos de cátions mistos.

p Eles descobriram que adicionar uma pequena quantidade do elemento césio ao filme de perovskita aumenta a estabilidade do material sob luz e temperaturas elevadas. Adicionando rubídio, por outro lado, levou a um pior desempenho.

p "Descobrimos que, dependendo da escolha do cátion, duas vias de degradação podem ser observadas nesses materiais, que então correlacionamos a uma diminuição no desempenho, "disse Wieghold, agora um cientista assistente no Centro de Materiais em Nanoescala e Fonte Avançada de Fótons no Laboratório Nacional de Argonne. "Também mostramos que a adição de césio aumentou a estabilidade do filme em nossas condições de teste, que são resultados muito promissores. "

p Eles também descobriram que uma diminuição no desempenho do filme para as misturas de perovskita menos estáveis ​​estava correlacionada com a formação do composto brometo / iodeto de chumbo e um aumento nas interações elétron-fônon. A formação de brometo / iodeto de chumbo é devido ao mecanismo de degradação indesejado, que precisa ser evitado para alcançar estabilidade e desempenho de longo prazo dessas células solares de perovskita.

p No artigo do Journal of Applied Physics, eles exploraram a ligação entre a tensão e o desempenho dos materiais perovskita. Isso mostrou que o movimento de íons no material muda a resposta elétrica subjacente, que será um fator crítico no desempenho fotovoltaico.

p "As perovskitas representam uma grande oportunidade para o futuro das células solares, e é empolgante ajudar a levar esta ciência adiante, "Nienhaus disse.