p Em células solares, cerca de dois terços da energia da luz solar são perdidos. Metade dessa perda é devida a um processo denominado "resfriamento por portador quente", em que os fótons de alta energia perdem seu excesso de energia na forma de calor antes de serem convertidos em eletricidade. Cientistas da AMOLF descobriram uma maneira de manipular a velocidade desse processo em perovskitas aplicando pressão ao material. Isso abre caminho para tornar as perovskitas mais versáteis, não apenas para uso em células solares, mas também em uma variedade de outras aplicações, de lasers a dispositivos termoelétricos. Os pesquisadores publicarão seu estudo no Journal of Physical Chemistry Letters em 23 de abril. p As perovskitas são um material promissor para células solares de futura geração, porque são feitos de ingredientes baratos e é fácil mudar sua composição para atender às necessidades específicas, como células solares em qualquer cor desejada. Os pesquisadores do grupo de células solares híbridas no AMOLF tentam aumentar a eficiência e a vida útil dos semicondutores de perovskita híbrida, descobrindo as propriedades fundamentais das perovskitas. Uma dessas propriedades é a velocidade com que ocorre o chamado resfriamento de portador quente, o que também é relevante se os perovskitas forem usados ​​em outras aplicações.

p Resfriamento de transportador quente

p Em células solares, a energia da luz que corresponde ao bandgap do semicondutor é convertida em eletricidade diretamente. Esta rota direta não está disponível para fótons com energia mais alta. Esses fótons geram os chamados portadores quentes:elétrons de alta energia (e buracos) que precisam esfriar antes de serem coletados na forma de energia elétrica. O resfriamento dos portadores quentes ocorre espontaneamente:os portadores quentes perdem seu excesso de energia na forma de calor por meio da dispersão até que se igualem ao nível de energia de condução do semicondutor. Tentando entender esse processo em perovskitas, Ph.D. a aluna Loreta Muscarella encontra várias dificuldades, um deles sendo a escala de tempo. Ela diz, "O resfriamento do transportador quente ocorre muito rápido, normalmente em uma escala de tempo de femtossegundos a picossegundos, o que torna difícil manipular ou mesmo investigar o processo. Temos a sorte de ter uma configuração única com um Espectrômetro de Absorção de Transientes (TAS) em combinação com equipamentos de pressão em nosso grupo. Isso nos permite medir as propriedades eletrônicas da perovskita sob estresse externo alguns femtossegundos após iluminar o material. "

p Manipulando com pressão

p Já se sabia que sob iluminação abundante o resfriamento de portadores quentes em semicondutores de perovskita é muito mais lento do que em semicondutores de silício. Isso torna a investigação do processo muito mais viável em perovskita do que em silício. Muscarella e seus colegas presumiram que a velocidade do processo de resfriamento pode depender da pressão. "Os transportadores quentes perdem seu excesso de energia por meio de vibração e espalhamento. A aplicação de pressão aumenta as vibrações dentro do material, e deve, assim, aumentar a velocidade de resfriamento do portador quente, "ela diz." Decidimos testar essa suposição e descobrimos que podemos realmente manipular o tempo de resfriamento com pressão. A 3.000 vezes a pressão ambiente, o processo é duas a três vezes mais rápido. "

p Uma célula solar não seria capaz de operar em pressões tão altas, mas um efeito semelhante pode ser obtido com deformação interna. Muscarella:"Fizemos nossos experimentos com pressão externa, mas em perovskitas é possível induzir uma tensão interna alterando quimicamente o material ou seu crescimento, como mostramos anteriormente em nosso grupo. "

p Velocidade de resfriamento para diferentes aplicações

p Ser capaz de controlar a velocidade de resfriamento do portador quente permite várias outras aplicações de perovskitas além de células solares. "A possibilidade de projetar perovskitas para cores específicas não só as torna muito interessantes para células solares coloridas, mas também para lasers ou tecnologia LED. Em tais aplicações, o resfriamento rápido de transportadores quentes é essencial, assim como nas células solares convencionais. Por outro lado, o resfriamento lento tornaria as perovskitas adequadas para dispositivos termoelétricos que convertem a diferença de temperatura em eletricidade. Portanto, a possibilidade de ajustar a velocidade de resfriamento do portador quente permite uma ampla gama de dispositivos que poderiam ser feitos com perovskitas, "diz Muscarella. Ela até prevê aplicar uma pressão negativa no material para tornar o processo de resfriamento do portador quente ainda mais lento para um tipo específico de célula solar.

p "Uma vez que a dissipação de calor é responsável por quase trinta por cento da perda de eficiência em células solares, os cientistas estão procurando maneiras de coletar os transportadores quentes antes que eles esfriem. Atualmente, mesmo o resfriamento "lento" em perovskitas à pressão ambiente ainda é muito rápido para as chamadas células solares de portadores quentes. Agora, esses portadores quentes perdem seu excesso de energia na forma de calor em picossegundos. Contudo, se pudéssemos induzir uma deformação negativa, seria possível tornar o processo lento o suficiente para ser aplicado em um dispositivo funcional. "