Uma equipe internacional de pesquisadores universitários relata hoje a solução de um grande desafio de fabricação de células de perovskita - os desafiadores potenciais intrigantes das células solares à base de silício.

Essas estruturas cristalinas são muito promissoras porque podem absorver quase todos os comprimentos de onda da luz. As células solares de perovskita já são comercializadas em pequena escala, mas as recentes melhorias em sua eficiência de conversão de energia (PCE) estão gerando interesse em usá-los como alternativas de baixo custo para painéis solares.

No artigo de capa publicado online hoje em 28 de junho, Edição de 2018 de Nanoescala , uma publicação da Royal Society of Chemistry, a equipe de pesquisa revela um novo meio escalonável de aplicar um componente crítico às células de perovskita para resolver alguns dos principais desafios de fabricação. Os pesquisadores foram capazes de aplicar a camada crítica de transporte de elétrons (ETL) em células fotovoltaicas de perovskita de uma nova maneira - revestimento por spray - para imbuir o ETL com condutividade superior e uma interface forte com seu vizinho, a camada perovskita.

A pesquisa é liderada por André D. Taylor, professor associado do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Escola de Engenharia Tandon da NYU, com Yifan Zheng, o primeiro autor no artigo e um pesquisador da Universidade de Pequim. Os co-autores são da Universidade de Ciência Eletrônica e Tecnologia da China, Universidade de Yale, e a Universidade Johns Hopkins.

A maioria das células solares são "sanduíches" de materiais em camadas de tal forma que, quando a luz atinge a superfície da célula, ele excita elétrons em um material carregado negativamente e cria uma corrente elétrica movendo os elétrons em direção a uma rede de "buracos" carregados positivamente. Em células solares de perovskita com uma orientação plana simples chamada p-i-n (ou n-i-p quando invertida), a perovskita constitui a camada intrínseca de captura de luz (o "i" em p-i-n) entre o ETL carregado negativamente e uma camada de transporte de orifícios carregada positivamente (HTL).

Quando as camadas carregadas positiva e negativamente são separadas, a arquitetura se comporta como um jogo subatômico de Pachinko no qual fótons de uma fonte de luz desalojam elétrons instáveis ​​do ETL, fazendo com que eles caiam em direção ao lado HTL positivo do sanduíche. A camada de perovskita acelera esse fluxo. Embora a perovskita seja uma camada intrínseca ideal devido à sua forte afinidade tanto para buracos quanto para elétrons e seu rápido tempo de reação, a fabricação em escala comercial provou ser um desafio em parte porque é difícil aplicar efetivamente uma camada uniforme de ETL sobre a superfície cristalina da perovskita.

Os pesquisadores escolheram o composto [6, Éster metílico do ácido 6] -fenil-C (61) -butírico (PCBM) por causa de seu histórico como um material ETL e porque o PCBM aplicado em uma camada áspera oferece a possibilidade de condutividade melhorada, contato de interface menos penetrável, e captura de luz aprimorada. "Muito pouca pesquisa foi feita sobre as opções de ETL para o projeto planar p-i-n, "disse Taylor." O principal desafio nas células planares é, como você realmente os monta de uma forma que não destrua as camadas adjacentes? "

O método mais comum é o spin casting, que envolve girar a célula e permitir que a força centrípeta disperse o fluido ETL sobre o substrato de perovskita. Mas essa técnica é limitada a pequenas superfícies e resulta em uma camada inconsistente que diminui o desempenho da célula solar. A fundição por rotação também é inimiga da produção comercial de grandes painéis solares por métodos como a manufatura roll-to-roll, para o qual a arquitetura perovskita planar p-i-n flexível é bem adequada.

Em vez disso, os pesquisadores se voltaram para o revestimento em spray, que aplica o ETL uniformemente em uma grande área e é adequado para a fabricação de grandes painéis solares. Eles relataram um ganho de eficiência de 30 por cento sobre outros ETLs - de um PCE de 13 por cento para mais de 17 por cento - e menos defeitos. Taylor adicionado, "Nossa abordagem é concisa, altamente reproduzível, e escalável. Isso sugere que o revestimento por spray do PCBM ETL poderia ter um amplo apelo para melhorar a linha de base da eficiência das células solares de perovskita e fornecer uma plataforma ideal para células solares de perovskita p-i-n em um futuro próximo. "