Com 21,09 por cento de eficiência de corrente de fóton (PCE), KAUST agora alcançou a mais alta eficiência de conversão de energia para células solares de perovskita de cristal único desde o início de um trabalho semelhante em 2016. Modificado com permissão da referência 1. Crédito:KAUST
Uma abordagem sintética desenvolvida por pesquisadores da KAUST gera cristais homogêneos e sem defeitos que podem acelerar a comercialização de células solares de perovskita.
"As células solares de perovskita são o tipo de tecnologia fotovoltaica de desenvolvimento mais rápido, com eficiências de conversão de energia aumentando de 3,8 por cento em 2009 para 24,2 por cento em 2019 para dispositivos de junção única, "diz Osman Bakr, que liderou o estudo com Omar Mohammed. Este rápido aumento no desempenho está associado à fabricação de dispositivos simples e baratos, o que torna essas células solares atraentes comercialmente.
O desempenho e a estabilidade das células solares dependem da morfologia dos filmes finos de perovskita, que atuam como camadas de coleta de luz nos dispositivos. Além de seu baixo custo e fácil processamento, esses materiais têm propriedades óticas e de transporte excepcionais. Perovskitas híbridas à base de chumbo que combinam um cátion metilamônio com vários haletos, como as formas aniônicas de bromo e iodo, apresentam um bandgap óptico estreito e ajustável. Este bandgap se aproxima do valor teórico necessário para atingir a eficiência máxima de conversão para uma célula solar de junção única. Portanto, perokskites podem se tornar um substituto de escolha para materiais solares à base de silício.
Uma foto e um esquema da célula solar de perovskita de cristal único desenvolvida pela KAUST. Crédito:KAUST
Contudo, células solares de perovskita existentes geralmente consistem em filmes finos policristalinos que são altamente desordenados e defeituosos, o que impede que os dispositivos atinjam o desempenho ideal.
Abordar esta questão, Bakr e Mohammed já produziram alta proporção de aspecto, filmes monocristalinos de perovskitas de triiodeto de chumbo-metilamônio. Eles conseguiram isso começando a cristalização entre dois substratos revestidos com polímero que, então, restringir fisicamente o crescimento do cristal a uma dimensão sob aquecimento.
Em comparação com suas contrapartes policristalinas, perovskitas de cristal único exibem densidade de defeito substancialmente mais baixa e comprimentos de difusão de portadores de carga muito mais altos:esta é uma medida de sua capacidade de manter os elétrons gerados pela luz separados dos orifícios carregados positivamente e criar corrente elétrica. Portanto, "Raciocinamos que esses monocristais oferecem uma chance para a tecnologia de células solares de perovskita superar essas limitações e chegar o mais próximo possível do limite teórico de eficiência, "Mohammed diz.
As curvas de corrente-voltagem demonstram a eficácia das células solares na conversão da luz solar em eletricidade. Crédito:KAUST
Os cristais, que exibiu uma espessura de 20 micrômetros e uma área de vários milímetros quadrados, forneceu células solares de alta qualidade com uma eficiência máxima de conversão de energia de 21,09 por cento. Esses dispositivos estabeleceram um novo recorde de desempenho para células solares de cristal único de perovskita.
"Ficamos agradavelmente surpresos com esses resultados, "Bakr diz. Ele acrescenta que os pesquisadores inicialmente pensaram que precisariam fazer crescer cristais muito mais finos do que 20 micrômetros para atingir esse desempenho, e o cultivo de cristais finos é extremamente desafiador.
Os pesquisadores acreditam que a eficiência desse registro destaca o papel potencial dos cristais únicos no desenvolvimento de dispositivos contendo perovskita em paralelo com o caminho percorrido por suas contrapartes policristalinas.
