As células solares feitas de perovskita são muito promissoras para o futuro da energia solar. O material é barato, fácil de produzir e quase tão eficiente quanto o silício, o material tradicionalmente usado em células solares. Contudo, perovskita degrada rapidamente, limitando severamente sua eficiência e estabilidade ao longo do tempo. Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Eindhoven, instituto de pesquisa de energia DIFFER, A Universidade de Pequim e a Universidade de Twente descobriram que a adição de uma pequena quantidade de flúor à perovskita deixa uma camada protetora, aumentando a estabilidade dos materiais e das células solares de forma significativa. As células solares retêm 90 por cento de sua eficiência após 1000 horas de operação em várias condições de teste extremas. As descobertas foram publicadas hoje na principal revista científica Nature Energy .

Por serem baratos de fazer, as células solares de perovskita têm estado no centro de muitas pesquisas recentes sobre a energia solar. Como consequência, sua eficiência aumentou de menos de 4 por cento em 2009 para mais de 24 por cento atualmente, que está próximo das células de silício tradicionais. As chamadas células tandem, que combinam células de silício e perovskita, alcançar uma eficiência de mais de 28 por cento.

Apesar deste sucesso, A perovskita apresenta vários defeitos devido à natureza do material e à forma como é fabricado. Hora extra, vacâncias na estrutura atômica do haleto metálico desencadeiam a degradação da perovskita sob a influência da umidade, luz e calor.

Camada protetora

Os pesquisadores em Eindhoven, Twente e Pequim experimentaram um novo tipo de perovskita, adicionando uma pequena quantidade de flúor no processo de produção. Assim como o flúor na pasta de dente, os íons de flúor formam uma camada protetora em torno do cristal, prevenir a difusão dos defeitos nocivos.

"Nosso trabalho melhorou consideravelmente a estabilidade das células solares de perovskita, "diz Shuxia Tao, professor assistente no Center for Computational Energy Research, um centro conjunto do Departamento de Física Aplicada da TU / e e DIFFER, e coautor do artigo. "Nossas células mantêm 90 por cento de sua eficiência após 1000 horas sob condições extremas de luz e calor. Isso é muitas vezes mais do que os compostos tradicionais de perovskita. Alcançamos uma eficiência de 21,3 por cento, que é um excelente ponto de partida para maiores ganhos de eficiência. "

Devido a sua alta eletronegatividade, o fluoreto estabiliza a rede perovskita formando fortes ligações de hidrogênio e ligações iônicas na superfície do material.

Grande parte do trabalho da equipe de Eindhoven explica por que o flúor é um ingrediente tão eficaz em comparação com outros halogênios. Usando simulações de computador, eles concluíram que parte de seu sucesso se deve ao pequeno tamanho e à alta eletronegatividade dos íons de flúor. Quanto maior a eletronegatividade de um elemento, mais fácil atrai elétrons de elementos vizinhos. Isso ajuda os íons de flúor a formar ligações fortes com os outros elementos no composto de perovskita, formando uma camada protetora estável.

Pesquisa futura

O estudo é visto como um passo importante para o sucesso da implementação de células solares de perovskita no futuro. Contudo, ainda há muito trabalho a ser feito. O padrão ouro na indústria solar é uma taxa de retenção de pelo menos 85 por cento da eficiência original após dez a quinze anos, um padrão que ainda está um pouco distante para células de perovskita.

“Esperamos que leve mais cinco a dez anos para que essas células se tornem um produto comercialmente viável. Não precisamos apenas melhorar ainda mais sua eficiência e estabilidade, também precisamos obter uma melhor compreensão teórica dos mecanismos relevantes na escala atômica. Ainda não temos todas as respostas de por que alguns materiais são mais eficazes do que outros no aumento da estabilidade a longo prazo dessas células, "diz Tao.