p Entre os materiais conhecidos como perovskitas, um dos mais interessantes é um material que pode converter a luz do sol em eletricidade de forma tão eficiente quanto as células solares de silício comerciais de hoje e tem o potencial de ser muito mais barato e fácil de fabricar. p Só há um problema:das quatro configurações atômicas possíveis, ou fases, este material pode levar, três são eficientes, mas instáveis ​​em temperatura ambiente e em ambientes comuns, e eles rapidamente voltam para a quarta fase, que é completamente inútil para aplicações solares.

p Agora, os cientistas da Universidade de Stanford e do Laboratório Nacional do Acelerador SLAC do Departamento de Energia encontraram uma solução inovadora:basta colocar a versão inútil do material em uma bigorna de diamante e espremê-la em alta temperatura. Este tratamento desloca sua estrutura atômica para uma configuração eficiente e a mantém assim, mesmo em temperatura ambiente e em ar relativamente úmido.

p Os pesquisadores descreveram seus resultados em Nature Communications .

p “Este é o primeiro estudo a usar pressão para controlar essa estabilidade, e realmente abre muitas possibilidades, "disse Yu Lin, um cientista da equipe SLAC e investigador do Instituto de Stanford para Ciências de Materiais e Energia (SIMES).

p "Agora que encontramos essa maneira ideal de preparar o material, " ela disse, "há potencial para ampliá-lo para a produção industrial, e por usar essa mesma abordagem para manipular outras fases da perovskita. "

p Uma busca pela estabilidade

p As perovskitas devem seu nome a um mineral natural com a mesma estrutura atômica. Neste caso, os cientistas estudaram uma perovskita de haleto de chumbo que é uma combinação de iodo, chumbo e césio.

p Uma fase deste material, conhecida como fase amarela, não tem uma estrutura perovskita verdadeira e não pode ser usado em células solares. Contudo, cientistas descobriram um tempo atrás que se você processá-lo de certas maneiras, ele muda para uma fase de perovskita preta que é extremamente eficiente na conversão da luz solar em eletricidade. "Isso o tornou muito procurado e foco de muitas pesquisas, "disse o professor de Stanford e co-autora do estudo, Wendy Mao.

p Infelizmente, essas fases pretas também são estruturalmente instáveis ​​e tendem a cair rapidamente de volta à configuração inútil. Mais, eles só operam com alta eficiência em altas temperaturas, Mao disse, e os pesquisadores terão que superar esses dois problemas antes que possam ser usados ​​em dispositivos práticos.

p Houve tentativas anteriores de estabilizar as fases pretas com química, tensão ou temperatura, mas apenas em um ambiente sem umidade que não reflita as condições do mundo real em que as células solares operam. Este estudo combinou pressão e temperatura em um ambiente de trabalho mais realista.

p Pressão e calor fazem o truque

p Trabalhando com colegas nos grupos de pesquisa de Stanford de Mao e do Professor Hemamala Karunadasa, Lin e o pesquisador de pós-doutorado Feng Ke projetaram uma configuração em que os cristais da fase amarela eram espremidos entre as pontas dos diamantes no que é conhecido como uma célula de bigorna de diamante. Com a pressão ainda alta, os cristais foram aquecidos a 450 graus Celsius e depois resfriados.

p Sob a combinação certa de pressão e temperatura, os cristais mudaram de amarelo para preto e permaneceram na fase preta depois que a pressão foi liberada, disseram os cientistas. Eles eram resistentes à deterioração do ar úmido e permaneceram estáveis ​​e eficientes em temperatura ambiente por 10 a 30 dias ou mais.

p O exame com raios-X e outras técnicas confirmaram a mudança na estrutura cristalina do material, e cálculos dos teóricos do SIMES Chunjing Jia e Thomas Devereaux forneceram uma visão de como a pressão mudou a estrutura e preservou a fase preta.

p A pressão necessária para tornar os cristais pretos e mantê-los assim era cerca de 1, 000 a 6, 000 vezes a pressão atmosférica, Lin disse - cerca de um décimo das pressões rotineiramente usadas na indústria de diamantes sintéticos. Portanto, um dos objetivos para pesquisas futuras será transferir o que os pesquisadores aprenderam com seus experimentos com células de bigorna de diamante para a indústria e ampliar o processo para trazê-lo para o reino da manufatura.