Uma colaboração liderada pelo grupo Palomares do ICIQ aprofunda a compreensão do impacto que a mudança dos materiais em uma célula solar de perovskita tem em seu desempenho. Os resultados, publicado no jornal revisado por pares Energia e Ciência Ambiental informará o design dos componentes das células solares, aumentando assim seu apelo comercial.

As células solares baseadas em perovskita são a tecnologia solar de mais rápido avanço até hoje. Desde que foram usados ​​pela primeira vez em 2009, As células solares de perovskita alcançaram alta eficiência (mais de 22% sob irradiação solar padrão) a baixos custos de produção. Embora a maioria dos componentes da perovskita sejam otimizados, ainda há espaço para melhorias. Especialmente em referência aos materiais de transporte de furo (HTMs) empregados.

A colaboração, entre os pesquisadores dos grupos Palomares e Vidal do ICIQ, o grupo Físico-Química de Superfícies e Interfaces do Instituto de Ciência de Materiais de Barcelona (ICMAB-CSIC) e IMDEA Nanocienca, lança luz sobre as razões por trás das diferenças observadas no desempenho da célula solar de perovskita, comparando quatro HTMs diferentes que apresentam propriedades químicas e físicas próximas.

Pequenas mudanças podem ser poderosas

As células solares baseadas em perovskita estão se aproximando da estabilidade necessária para serem confiáveis ​​como produtos comerciais em potencial sob condições de trabalho. A principal preocupação são os materiais usados ​​- particularmente spiro-OMeTAD, o HTM mais amplamente usado, que está sujeito à degradação. Portanto, a pesquisa atual está focada em encontrar alternativas. "Os cientistas têm desenvolvido novas moléculas que podem substituir o spiro-OMeTAD há anos. Procurando moléculas com características elétricas e ópticas semelhantes às do spiro-OMeTAD e esperando obter resultados semelhantes. Mas ao testar novos HTMs, em vez de obter resultados semelhantes, as células funcionaram muito mal. Então decidimos entender por que isso aconteceu, "explica Núria F. Montcada, pesquisadora de pós-doutorado do grupo Palomares e uma das primeiras autoras do artigo.

Os pesquisadores perceberam que novas moléculas com potencial para substituir o spiro-OMeTAD como HTM foram selecionadas com base em suas propriedades em solução. Contudo, em células solares funcionais, essas moléculas são preparadas na forma de filmes finos cujas superfícies, por sua vez, são colocados em contato com outros materiais, formando interfaces. As interfaces criadas podem conferir mudanças nas propriedades das moléculas.

Por meio da colaboração com cientistas do ICMAB, a função de trabalho de superfície de cada camada HTM em células solares de perovskitas foi medida para descobrir que "os níveis de energia Spiro-OMeTAD se alinham perfeitamente em relação aos outros componentes da célula, enquanto o cenário energético é menos favorável para as camadas das novas moléculas HTM testadas. As superfícies e interfaces criadas na pilha de células solares têm um papel crucial no desempenho do dispositivo funcional, "diz Carmen Ocal, pesquisadora do ICMAB.

"Temos que estar cientes de que a interface perovskita-HTM pode mudar os níveis de energia e produzir desalinhamentos de energia indesejáveis. Viemos para demonstrar que o estudo das moléculas precisa corresponder às condições sob as quais a molécula será usada - caso contrário o projeto da molécula é apenas tentativa e erro, "diz Montcada.