Em células solares perovskita, os portadores de carga são perdidos principalmente por meio da recombinação que ocorre nos locais de defeito da interface. Em contraste, a recombinação em locais com defeitos dentro da camada de perovskita não limita o desempenho das células solares no momento. Equipes da Universidade de Potsdam e do Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) conseguiram chegar a esta interessante conclusão por meio de medições quantitativas extremamente precisas em 1 cm ² células perovskita usando fotoluminescência. Seus resultados contribuem para melhorar as células solares de perovskita e já foram publicados em Nature Energy .

Mesmo as células solares feitas de um material milagroso perfeito nunca seriam capazes de converter 100% da luz solar em energia elétrica. Isso ocorre porque a potência máxima teórica alcançável é limitada pela posição das bandas de energia dos elétrons, e por radiação inevitável de fótons (o limite termodinâmico ou de Shockley-Queisser). A eficiência máxima de conversão de energia para silício é de cerca de 33 por cento, por exemplo. Mas mesmo esse valor nunca será realmente alcançado. Isso se deve a defeitos de vários tipos que causam a perda de alguns dos portadores de carga liberados pela luz solar. Para se aproximar do valor máximo, portanto, é necessário investigar os vários defeitos nas células solares e determinar quais causam perdas e como.

Camadas absorvedoras de perovskita organometálica são consideradas uma nova classe de material particularmente interessante para células solares - em apenas 10 anos, sua eficiência aumentou de três por cento para mais de vinte por cento, uma incrível história de sucesso. Agora, uma equipe chefiada pelo Prof. Dr. Dieter Neher na Universidade de Potsdam e Dr. Thomas Unold no HZB conseguiu identificar os processos de perda decisivos em células solares de perovskita que limitam a eficiência.

Em certos defeitos na estrutura cristalina da camada de perovskita, portadores de carga (ou seja, elétrons e "buracos") que acabaram de ser liberados pela luz do sol podem se recombinar novamente e, portanto, ser perdidos. Mas se esses defeitos estavam localizados preferencialmente dentro da camada de perovskita, ou em vez disso, a interface entre a camada de perovskita e a camada de transporte não estava clara até agora.

Para determinar isso, os cientistas empregaram técnicas de fotoluminescência com alta precisão, resolução espacial e temporal. Usando luz laser, eles excitaram a camada de perovskita de um centímetro quadrado e detectaram onde e quando o material emitiu luz em resposta à excitação. "Este método de medição em nosso laboratório é tão preciso, podemos determinar o número exato de fótons que foram emitidos, "explica Unold. E não só isso, a energia dos fótons emitidos foi precisamente registrada e analisada também usando uma câmera CCD hiperespectral.

"Desta maneira, fomos capazes de calcular as perdas em cada ponto da célula e, assim, determinar que os defeitos mais prejudiciais estão localizados nas interfaces entre a camada absorvente de perovskita e as camadas de transporte de carga, "relata Unold. Esta é uma informação importante para melhorar ainda mais as células solares de perovskita, por exemplo, por meio de camadas intermediárias que têm um efeito positivo ou por meio de métodos de fabricação modificados.

Com a ajuda dessas descobertas, o grupo liderado pelo Prof. Dr. Dieter Neher e Dr. Martin Stolterfoht da Universidade de Potsdam conseguiu reduzir a recombinação interfacial e, assim, aumentar a eficiência de 1 cm ² de tamanho reduzido, células solares de perovskita para bem mais de 20 por cento.