em sua fase amarela, os cristais são muito macios, comparável a um prato de geléia. Crédito:cMACS
Um estudo liderado por KU Leuven pela primeira vez explica como um tipo promissor de perovskitas - cristais feitos pelo homem que podem converter a luz solar em eletricidade - pode ser estabilizado. Como resultado, os cristais ficam pretos, permitindo-lhes absorver a luz solar. Isso é necessário para poder usá-los em novos painéis solares fáceis de fazer e altamente eficientes. O estudo foi publicado em Ciência .
As perovskitas são materiais semicondutores que têm muitas aplicações. Eles mostram uma promessa particular na colheita de energia solar. Atualmente, a maioria das células solares são feitas com cristais de silício, um material relativamente simples e eficaz para processar para essa finalidade. Contudo, Os dispositivos baseados em perovskita oferecem maior eficiência de conversão do que o silício. O único problema:alguns dos perovskitas mais promissores, ou seja, triiodeto de césio e chumbo (CsPbI 3 ), são muito instáveis à temperatura ambiente. Sob estas condições, eles têm uma cor amarela, já que os átomos no cristal não formam uma estrutura perovskita. Para que os cristais absorvam a luz do sol com eficiência e a transformem em eletricidade, eles deveriam estar em preto, estado de perovskita - e continue assim.
"O silício forma um material muito forte, cristal rígido. Se você pressioná-lo, não mudará sua forma. Por outro lado, perovskitas são muito mais macios e mais maleáveis, "explica o Dr. Julian Steele, do KU Leuven Center for Membrane Separations, Adsorção, Catálise, e Espectroscopia para Soluções Sustentáveis (cMACS). "Podemos estabilizá-los sob várias condições de laboratório, mas em temperatura ambiente, os átomos de perovskita negra realmente querem uma reorganização, mudar a estrutura, e, por fim, tornar o cristal amarelo. "
Junto com uma equipe internacional de cientistas, Steele descobriu que, ao ligar uma fina película de células solares de perovskita a uma lâmina de vidro, as células podem obter e manter seu estado de preto desejado. A película fina é aquecida a uma temperatura de 330 graus Celsius, fazendo com que as perovskitas se expandam e adiram ao vidro. Após o aquecimento, o filme é resfriado rapidamente até a temperatura ambiente. Este processo fixa os átomos nos cristais, restringindo seu movimento, para que fiquem na forma preta desejada.
em seu estado negro, os átomos no cristal foram reorganizados. A sua cor preta permite uma absorção ideal da luz solar. Crédito:cMACS
“Existem três pilares que determinam a qualidade das células solares:preço, estabilidade, e desempenho. Perovskites pontuam alto em desempenho e preço, mas sua estabilidade ainda é um grande problema, "diz Steele. Os cientistas já vinham observando há vários anos que as perovskitas podem reter sua escuridão após o aquecimento, mas ainda não estava claro por quê. "Em nosso estudo, nós escolhemos CsPbI 3 porque seu desempenho é muito alto, "Steel explica." Além disso, é um dos tipos mais instáveis de perovskitas, o que significa que é sensível ao método que descrevemos, e deve ser traduzido para outras perovskites instáveis. "
Muitos dos dados usados no estudo foram coletados no European Synchrotron Radiation Facility. Para entender as observações experimentais em escala molecular, colegas do Centro de Modelagem Molecular (CMM) da Universidade de Ghent apoiaram a descoberta com simulações teóricas das fases preta e amarela das perovskitas. Os resultados computacionais foram necessários para racionalizar porque a fase preta é estabilizada ao fixá-la como um filme fino em um substrato de vidro.
Como a ligação ocorre exatamente, ainda é um mistério, embora existam hipóteses. "Normalmente, pegaríamos um microscópio com resolução atômica e veríamos diretamente. Contudo, isso é impossível com perovskitas, já que são difíceis de observar com um instrumento de imagem de alta resolução, uma vez que são tão macios e propensos a desmoronar sob a energia relativamente alta das sondas comuns. "
"Entender como esse mecanismo funciona ajudará em pesquisas futuras para, em última análise, desenvolver painéis solares que usam cristais de perovskita puros, "Steele diz." Como o nível de entrada para o processamento de células solares à base de perovskita é relativamente baixo, eles podem ser muito benéficos para pessoas em países em desenvolvimento que operam em uma infraestrutura mais limitada. "Além disso, perovskitas podem ser usados em LEDs, sensores fotoelétricos, transistores, Detectores de raios-X e muito mais.
