Embora a necessidade de energia renovável em todo o mundo esteja crescendo exponencialmente, Pesquisadores lituanos e alemães descobriram uma solução inovadora para o desenvolvimento de tecnologia solar de baixo custo. Material, sintetizado por cientistas da Kaunas University of Technology (KTU) da Lituânia, que se automontam para formar uma camada de eletrodo de espessura molecular, apresenta uma maneira fácil de realizar células solares tandem e de junção única de perovskita altamente eficientes. A licença para produzir o material foi adquirida por uma empresa japonesa.

De acordo com os cientistas, alcançar células solares baseadas em perovskita, combinando preço baixo e alta eficiência, provou ser um empreendimento difícil no passado. O desafio particular na produção em grande escala é o preço alto e a versatilidade limitada dos contatos seletivos de furo disponíveis. Os químicos da KTU enfrentaram esse desafio.

"O elemento solar é semelhante a um sanduíche, onde todas as camadas têm uma função, ou seja, para absorver a energia, para separar os buracos dos elétrons, etc. Estamos desenvolvendo materiais para a camada de contato seletiva de furo, que está sendo formado pelas moléculas dos materiais que se auto-montam na superfície do substrato, "explica Artiom Magomedov, Ph.D. estudante da Faculdade de Tecnologia Química KTU, co-autor da invenção.

Monocamadas desenvolvidas podem ser chamadas de material de transporte de furo perfeito, como são baratos, são formados por uma técnica escalonável e têm um contato muito bom com materiais perovskita. As monocamadas automontadas (SAMs) são tão finas quanto 1-2 nm, cobrindo toda a superfície; as moléculas são depositadas na superfície mergulhando-as em uma solução diluída. As moléculas são baseadas em grupos de cabeça de carbazol com grupos de ancoragem de ácido fosfônico e podem formar SAMs em vários óxidos.

De acordo com os cientistas, o uso dos SAMs ajudou a evitar o problema da superfície rugosa da célula CIGS. Ao integrar uma célula solar de perovskita baseada em SAM em uma arquitetura tandem, uma célula solar monolítica em tandem CIGSe / perovskita com 23,26% de eficiência foi realizada, que atualmente é um recorde mundial para esta tecnologia. Além disso, um dos SAMs desenvolvidos recentemente usados ​​na célula tandem de Si / perovskita alcançou a eficiência quase recorde de 27,5%.

"Células solares tandem e de junção única baseadas em perovskita são o futuro da energia solar, pois são mais baratos e potencialmente muito mais eficientes. Os limites de eficiência dos elementos solares à base de silício usados ​​comercialmente estão saturados. Além disso, os recursos de silício de grau tsemiconductor estão se tornando escassos e é cada vez mais difícil extrair o elemento, "diz o professor Vytautas Getautis, o chefe do grupo de pesquisa KTU por trás da invenção.

De acordo com Magomedov, a quantidade de energia solar que atinge a superfície da Terra em uma hora pode ser suficiente para cobrir a necessidade anual de eletricidade de toda a humanidade. "O potencial da energia solar é imenso, "diz o jovem pesquisador.

Usando tecnologias tradicionais, 1 g de silício (Si) é suficiente para produzir apenas alguns centímetros quadrados do elemento solar; Contudo, 1 g do material sintetizado na KTU é suficiente para cobrir até 1000 m ² da superfície. Além disso, o material orgânico de automontagem sintetizado na KTU é significativamente mais barato do que as alternativas utilizadas em elementos fotovoltaicos atualmente.

A equipe de químicos da KTU vem estudando o uso de moléculas de automontagem em células solares há alguns anos. O material, sintetizado em KTU, foi aplicado na produção de uma célula solar funcional em colaboração com Helmholtz Zentrum Berlin (HZB), Alemanha e físicos do Centro de Ciências Físicas e Tecnologia (Lituânia).

A licença para produzir o material sintetizado nos laboratórios KTU foi adquirida por uma empresa japonesa; o material denominado 2PACz e MeO-2PACz em breve estará no mercado. Isso significa que a tecnologia inovadora que usa compostos de automontagem pode ser mais pesquisada nos melhores laboratórios do mundo e, eventualmente, encontrar seu caminho para a indústria.