A busca por tecnologia de geração de energia sustentável tem levado pesquisadores a investigar diversos materiais e suas combinações em diversos tipos de dispositivos. Um desses materiais sintéticos, perovskita, é barato e fácil de produzir, e pode ser usado em células solares. As células solares de perovskita têm atraído muita atenção porque sua eficiência de conversão de energia (ou seja, sua eficiência em transformar a luz do sol em eletricidade) teve melhorias dramáticas nos últimos anos. Contudo, provou-se difícil implementá-los para geração de energia em grande escala devido a um punhado de problemas.

Um problema enfrentado pelas células solares de perovskita é a reprodutibilidade. Isso significa que é difícil criar camadas de cristal de perovskita livres de defeitos e buracos, o que significa que sempre é provável que ocorram desvios dos valores do projeto, que reduzem sua eficiência. Pelo lado bom, pesquisadores descobriram que a eficiência dessas células pode ser aumentada pela combinação de perovskita com nanotubos de carbono (CNTs). O mecanismo pelo qual os CNTs e a perovskita se unem e como isso afeta o desempenho das células solares de CNT perovskita não foi estudado em profundidade. Em particular, a capacidade dos CNTs puros de se ligarem à perovskita não é muito boa, e isso pode comprometer as propriedades estruturais e condutoras na interface de ambos os materiais.

Uma equipe da Tokyo Tech liderada pelo Prof. Keiko Waki ​​conduziu uma série de experimentos em células solares de perovskita combinadas com diferentes tipos de CNTs na tentativa de melhorar seu desempenho e estabilidade e entender os mecanismos subjacentes. Eles usaram não apenas CNTs puros, mas também CNTs que continham "grupos funcionais contendo oxigênio" em sua estrutura, que são conhecidos por fortalecer a interação entre os CNTs e a perovskita, resultando em melhores interfaces e aumentando a cristalização de perovskita.

Esta pesquisa consistiu em vários experimentos que forneceram uma visão sobre muitos aspectos das interações CNT-perovskita. Primeiro, eles demonstraram o desempenho elétrico superior das células com CNTs funcionalizados sobre aquelas com CNTs puros e encontraram evidências de que cristais maiores e menos defeitos de superfície ocorrem ao usar CNTs funcionalizados. Então, a equipe inferiu que a perovskita nas células passaria por um processo de recristalização se armazenada no escuro, e que a presença dos grupos funcionais no CNT teria um efeito significativo neste processo. Isso foi confirmado armazenando as células por mais de dois meses e medindo suas características elétricas posteriormente (fig. 1).

"Nós descobrimos a capacidade de auto-recristalização da perovskita em temperatura ambiente, cuja morfologia melhorou muito após o armazenamento de longo prazo. Contudo, o resultado mais interessante foi a capacidade dos CNTs funcionalizados de fazer uso da natureza de auto-recristalização para formar uma junção mais forte entre a perovskita e os CNTs por meio da reconstrução, "diz o Prof. Waki. Mais notavelmente, os CNTs funcionalizados melhoraram muito o contato entre os dois materiais e os grupos funcionais serviram como proteção contra ataques de umidade na perovskita, permitindo que a auto-recristalização e a reconstrução da interface prossigam sem degradação perceptível. A equipe de pesquisa também descobriu que o processo de recristalização poderia ser imensamente acelerado, sujeitando constantemente as células solares a medições frequentes, mas isso acabou afetando sua estabilidade e os degradou.

Esses estudos aprofundados sobre células solares de perovskita e maneiras de melhorá-las são muito valiosos porque nos aproximam de novas fontes de energia limpa. “Esperamos que este estudo contribua para a produção de perovskitas com maior estabilidade e reprodutibilidade, "conclui o Prof. Waki. Essas descobertas servirão como mais um trampolim para que possamos ver as células solares de perovskita como uma tecnologia-chave para preservar nosso planeta.