O silício domina os produtos de energia solar - é estável, barato e eficiente para transformar luz solar em eletricidade. Qualquer novo material que adote o silício deve competir e vencer nessas bases. Como resultado de uma colaboração internacional de pesquisa, Universidade Jiao Tong de Xangai, a Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), e a Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) encontraram um material estável que cria eletricidade de maneira eficiente - o que poderia desafiar a hegemonia do silício.

Escrevendo em Ciência , as equipes colaboradoras mostram como o material CsPbI ₃ foi estabilizado em uma nova configuração capaz de alcançar altas eficiências de conversão. CsPbI ₃ é uma perovskita inorgânica, um grupo de materiais que vem ganhando popularidade no mundo solar devido à sua alta eficiência e baixo custo. Essa configuração é notável, pois estabilizar esses materiais tem sido historicamente um desafio.

"Estamos satisfeitos com os resultados sugerindo que o CsPbI ₃ pode competir com materiais líderes da indústria, "diz o professor Yabing Qi, chefe da Unidade de Materiais de Energia e Ciências de Superfície da OIST, que liderou o aspecto de ciência de superfície do estudo.

"A partir desse resultado preliminar, trabalharemos agora para aumentar a estabilidade do material - e as perspectivas comerciais."

Alinhamento do nível de energia

CsPbI ₃ é frequentemente estudado em sua fase alfa, uma configuração bem conhecida da estrutura cristalina apropriadamente conhecida como fase escura por causa de sua cor preta. Esta fase é particularmente boa para absorver a luz solar. Infelizmente, também é instável - e a estrutura se degrada rapidamente em uma forma amarelada, menos capaz de absorver a luz solar.

Em vez disso, este estudo explorou o cristal em sua fase beta, um arranjo menos conhecido da estrutura que é mais estável do que sua fase alfa. Embora essa estrutura seja mais estável, ele mostra uma eficiência de conversão de energia relativamente baixa.

Essa baixa eficiência resulta em parte das rachaduras que freqüentemente surgem em células solares de película fina. Essas rachaduras induzem a perda de elétrons em camadas adjacentes da célula solar - elétrons que não podem mais fluir como eletricidade. A equipe tratou o material com uma solução de iodeto de colina para curar essas rachaduras, e esta solução também otimizou a interface entre as camadas da célula solar, conhecido como alinhamento do nível de energia.

"Os elétrons fluem naturalmente para materiais com menor energia potencial para elétrons, por isso é importante que os níveis de energia das camadas adjacentes sejam semelhantes ao CsPbI ₃ , "diz o Dr. Luis K. Ono, um co-autor do laboratório do Professor Qi. "Essa sinergia entre as camadas resulta em menos elétrons sendo perdidos - e mais eletricidade sendo gerada."

A equipe OIST, apoiado pelo Centro de Desenvolvimento e Inovação Tecnológica OIST, usaram espectroscopia de fotoemissão ultravioleta para investigar o alinhamento do nível de energia entre CsPbI ₃ e as camadas adjacentes. Esses dados mostraram como os elétrons podem se mover livremente através das diferentes camadas, gerando eletricidade.

Os resultados mostraram uma baixa perda de elétrons para as camadas adjacentes após o tratamento com iodeto de colina - devido a um melhor alinhamento do nível de energia entre as camadas. Ao reparar as fissuras que surgem naturalmente, esse tratamento levou a um aumento na eficiência de conversão de 15% para 18%.

Embora esse salto possa parecer pequeno, traz CsPbI ₃ no reino da eficiência certificada, os valores competitivos oferecidos por materiais solares rivais. Embora este resultado inicial seja promissor, perovskita inorgânica ainda está atrasada. Para CsPbI ₃ para realmente competir com o silício, a equipe trabalhará em seguida na trindade de fatores que permitem que o reinado do silício continue - estabilidade, custo, e eficiência.