p Uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor Yabing Qi na Unidade de Materiais de Energia e Ciências de Superfície do Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade de Pós-Graduação (OIST) de Okinawa no Japão fez imagens dos átomos na superfície da camada de absorção de luz em um novo tipo de células solares de última geração, feito de um material de cristal denominado perovskita de haleto metálico. p Suas descobertas, relatado no jornal Energia e Ciência Ambiental , resolveram um antigo mistério no campo da tecnologia de energia solar, mostrando como o cloro que aumenta a potência e aumenta a estabilidade é incorporado ao material perovskita.

p Em um mundo agora movido pela necessidade de limpeza, energia verde, a energia solar é um caminho vital para sair da crise climática. E as perovskitas de haleto metálico são o material promissor que muitos pesquisadores esperam um dia eclipsar ou complementar as células solares de silício que atualmente dominam o mercado.

p “As perovskitas têm potencial para serem mais baratas, mais eficiente e mais versátil que o silício, "disse o primeiro autor, Dr. Afshan Jamshaid, um ex-Ph.D. aluno da Unidade de Ciências de Materiais e Superfícies de Energia da OIST.

p Mas atualmente, células solares de perovskita sofrem de problemas de eficiência, aumento de escala e estabilidade, impedindo-os de comercialização. Temperaturas altas, umidade e luz ultravioleta podem degradar o material perovskita, reduzindo o quão bem ele pode converter a energia da luz em energia, Dr. Jamshaid explicou.

p Na última década, pesquisadores têm se concentrado intensamente em lidar com essas questões. Uma maneira de melhorar as células solares de perovskita tem sido o uso de dopantes - pequenos traços de outra substância química que são adicionados durante o processo de formação da camada de cristal de perovskita. Os dopantes alteram as propriedades físicas e químicas do material, aumentando a estabilidade e eficiência do dispositivo solar.

p Um desses dopantes é o cloro, que demonstrou aumentar a vida útil das células solares de perovskita e aumentar sua eficiência de conversão de energia. Mas até agora, como esse dopante funcionava era um enigma.

p "A comunidade de pesquisa não tinha ideia de por que estava vendo essas melhorias. Uma vez adicionado, os pesquisadores não puderam rastrear o cloro - eles não puderam dizer se o cloro foi incorporado profundamente no material de perovskita, ficaram na superfície ou até mesmo deixaram o material durante o processo de fabricação, "disse o Dr. Jamshaid." Cerca de 50% da comunidade acreditava que o cloro estava presente, mas os outros 50% da comunidade não. "

p No estudo, o grupo de pesquisa finalmente resolveu o debate criando filmes finos de perovskita de haleto metálico, iodeto de chumbo de metilamônio, que foram dopados com cloro. Eles usaram microscopia de varredura de última geração para obter imagens da superfície da camada de perovskita.

p "Foi apenas ampliando para o nível atômico que finalmente pudemos detectar que o cloro realmente estava lá, apenas em uma concentração muito baixa, "disse o Dr. Jamshaid.

p A equipe descobriu que havia depressões escuras na superfície que não eram vistas nos filmes de perovskita de iodeto de chumbo de metilamônio puro.

p Por meio de cálculos teóricos realizados pelos colaboradores Professor Wanjian Yin e Dr. Zhendong Guo da Soochow University na China, os pesquisadores concluíram que essas depressões escuras significam onde o cloro, que é menor em tamanho, substituiu o iodo fracamente ligado na estrutura de cristal da perovskita.

p O grupo de pesquisa também notou que mais dessas reentrâncias escuras ocorreram em torno dos limites dos grãos no filme de perovskita.

p A camada de perovskita não é uma estrutura de cristal uniforme, mas, em vez disso, é feito de muitos grãos de cristal diferentes. É devido a essas rachaduras entre os grãos, chamados limites de grãos, aquela perovskita é inerentemente tão instável.

p "Maior degradação da luz ultravioleta, temperatura ou umidade ocorre nesses limites de grão, como os íons aqui são muito mais fracamente ligados, "disse o Dr. Jamshaid.

p A equipe suspeita que o aumento da presença de cloro em torno desses limites de grão pode ser responsável pela estabilidade e eficiência adicionais do material, reduzindo o número de defeitos na superfície.

p Mais importante, os pesquisadores descobriram que quando eles variaram a concentração de cloro dentro do filme de perovskita, alterando o período de tempo em que o cloro foi depositado, a estrutura da superfície e as propriedades eletrônicas do material também mudaram.

p No menor tempo de deposição, a equipe não conseguiu detectar cloro na superfície do material perovskita. E no tempo de deposição mais longo, o cloro formou uma camada adicional de íons no topo da perovskita que mudou drasticamente as propriedades eletrônicas.

p Os pesquisadores conseguiram calcular um tempo de deposição intermediário que atingiu o ponto ideal - entregando uma concentração ideal de cloro - cerca de 14,8% - na superfície. Esta concentração deu ao material perovskita alta estabilidade.

p A próxima etapa da equipe de pesquisa é fabricar uma célula solar completa que contenha uma camada de perovskita dopada com esta concentração ideal de cloro.

p "É por isso que estudos fundamentais como esses são tão importantes - eles ajudam os engenheiros de dispositivos a definir o processo de fabricação ideal sem tantas tentativas e erros, "disse o Dr. Jamshaid." Ao compreender como os dopantes melhoram o material, também pode nos guiar em direção a novas misturas químicas que podem funcionar ainda melhor. "