Uma imagem de microscópio eletrônico mostra uma seção transversal da célula solar perovskita totalmente inorgânica desenvolvida na Rice University. De cima, as camadas são um eletrodo de carbono, perovskita, óxido de titânio, óxido de estanho dopado com flúor e vidro. A barra de escala equivale a 500 nanômetros. Crédito:Lou Group / Rice University
Os cientistas da Rice University acreditam ter superado um grande obstáculo que impede as células solares à base de perovskita de atingir o uso comum.
Por meio do uso estratégico do elemento índio para substituir parte do chumbo nas perovskitas, O cientista de materiais de arroz Jun Lou e seus colegas da Brown School of Engineering dizem que são mais capazes de projetar os defeitos nas células solares de césio-chumbo-iodeto que afetam o gap do composto, uma propriedade crítica na eficiência da célula solar.
Como benefício colateral, as células recém-formuladas do laboratório podem ser feitas ao ar livre e durar meses, em vez de dias, com uma eficiência de conversão solar ligeiramente acima de 12%.
Os resultados da equipe do Rice aparecem em Materiais avançados .
As perovskitas são cristais com treliças semelhantes a cubos, conhecidas por serem eficientes coletores de luz, mas os materiais tendem a ser estressados pela luz, umidade e calor.
Não os perovskitas de arroz, Disse Lou.
"Do nosso ponto de vista, isso é algo novo e acho que representa um avanço importante, "disse ele." Isto é diferente do tradicional, as perovskitas tradicionais que as pessoas têm falado por 10 anos - os híbridos inorgânicos-orgânicos que oferecem a maior eficiência registrada até agora, cerca de 25%. Mas o problema com esse tipo de material é sua instabilidade.
Uma amostra de célula solar de perovskita totalmente inorgânica é um passo em direção ao uso comercial, de acordo com cientistas da Rice University. A descoberta de uma maneira de eliminar defeitos em células solares de césio-chumbo-iodeto permitiu-lhes preservar a lacuna de banda do material, uma propriedade crítica na eficiência da célula solar. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
"Os engenheiros estão desenvolvendo camadas de cobertura e coisas para proteger aqueles preciosos, materiais sensíveis do meio ambiente, "Lou disse." Mas é difícil fazer a diferença com os próprios materiais intrinsecamente instáveis. É por isso que decidimos fazer algo diferente. "
O pesquisador de pós-doutorado de arroz e autor principal Jia Liang e sua equipe construíram e testaram células solares de perovskita de césio inorgânico, chumbo e iodeto, as próprias células que tendem a falhar rapidamente devido a defeitos. Mas, adicionando bromo e índio, os pesquisadores foram capazes de suprimir defeitos no material, elevando a eficiência acima de 12% e a tensão para 1,20 volts.
Uma vista esquemática mostra uma célula solar de perovskita totalmente inorgânica desenvolvida por cientistas de materiais da Rice University. Crédito:Lou Group / Rice University
Como um bônus, o material provou ser excepcionalmente estável. As células foram preparadas em condições ambientais, enfrentando a alta umidade de Houston, e as células encapsuladas permaneceram estáveis no ar por mais de dois meses, muito melhor do que os poucos dias que as células simples de iodeto de césio-chumbo duraram.
"A maior eficiência para este material pode ser cerca de 20%, e se pudermos chegar lá, este pode ser um produto comercial, "Liang disse." Tem vantagens sobre as células solares à base de silício porque a síntese é muito barata, é baseado em soluções e fácil de aumentar. Basicamente, você acabou de espalhar em um substrato, deixe secar, e você tem sua célula solar. "
