Células fotovoltaicas (PV), que pode gerar energia do sol, pode ser muito útil para enfrentar a atual crise ambiental. Células PV de perovskita, células feitas de semicondutores perovskita de haleto metálico, recentemente provaram ser particularmente promissores, como os pesquisadores conseguiram melhorar suas eficiências de conversão de energia substancialmente, de 3,8% até 25,2%.

Suas notáveis ​​eficiências tornam os perovskites um competidor líder no desenvolvimento da próxima geração de tecnologias fotovoltaicas processáveis ​​em baixa temperatura. As células PV de perovskita podem ter dois arquétipos de projeto principais:a chamada estrutura regular (n-i-p) e a estrutura invertida (p-i-n). Até aqui, células com uma estrutura regular alcançaram as mais altas eficiências de conversão de energia, enquanto aqueles com uma estrutura invertida alcançaram tempos de operação muito mais longos.

Pesquisadores da Universidade King Abdullah de Ciência e Tecnologia (KAUST) e da Universidade de Toronto foram recentemente capazes de reduzir a lacuna de eficiência observada anteriormente entre as células PV de perovskita com uma estrutura regular e aquelas com uma estrutura invertida. Seu papel, publicado em Nature Energy , apresenta uma nova estratégia de design que lhes permitiu fabricar células solares invertidas com longa vida útil e eficiências de conversão de energia de 22,3%.

"Dispositivos fotovoltaicos Perovskite com as mais altas eficiências, que se baseiam na estrutura regular, tem que incorporar dopantes iônicos em seus materiais de transporte de buraco, "Xiaopeng Zheng, um dos pesquisadores envolvidos no estudo, disse TechXplore. "Ao se livrar desses dopantes instáveis, Dispositivos FV invertidos têm contribuído para os avanços na estabilidade operacional da tecnologia. Infelizmente, as eficiências de conversão de energia de PV de perovskita invertida ficam significativamente atrás das de dispositivos estruturados regulares (20,9% vs. 25,2%). "

De acordo com Zheng, para que as tecnologias fotovoltaicas perovskita tenham um impacto comercial e ambiental real, os pesquisadores precisam primeiro garantir que se sobressaem tanto em estabilidade operacional quanto em eficiência de conversão de energia. A estratégia de design que ele desenvolveu em colaboração com seus colegas da KAUST e da Universidade de Toronto poderia ajudar a alcançar isso, melhorando as propriedades estruturais e optoeletrônicas dos materiais de perovskita que são normalmente usados ​​para fazer dispositivos fotovoltaicos.

Zheng e seus colegas adicionaram uma pequena quantidade de ligantes alquilamina de ancoragem à superfície (AALs) com diferentes comprimentos de cadeia ao seu material de perovskita. Isso permitiu que alterassem algumas das propriedades do material, levando a eficiências de conversão de energia mais altas do que aquelas normalmente observadas em células solares fotovoltaicas de perovskita com uma estrutura invertida.

"Descobrimos que apenas uma quantidade vestigial de alquilamina durante o processamento foi suficiente para alterar as propriedades do material de perovskita das seguintes maneiras vantajosas:(i) promovendo a orientação do grão de cristal; (ii) suprimindo a densidade do estado de armadilha; (iii) reduzindo o transportador de carga recombinação não radiativa (ou seja, perda), bem como aumentar as mobilidades dos portadores e comprimentos de difusão; (iv) inibir a migração de íons na perovskita, "Yi Hou, outro pesquisador envolvido no estudo, disse TechXplore.

Os filmes de perovskita modificados por superfície AAL usados ​​por Zheng, Hou e seus colegas exibem uma orientação (100) e uma densidade de estado de armadilha substancialmente menor em comparação com filmes não modificados. Eles também apresentam mobilidades de portadores aprimoradas e comprimentos de difusão, que resultam em dispositivos com uma eficiência de conversão de energia estabilizada certificada de 22,3%.

"Os PVs de perovskita são uma tecnologia jovem e ainda têm espaço para melhorar sua estabilidade para se aproximar de outras tecnologias PV bem estabelecidas, como c-Si e filmes finos de base inorgânica, "Ted Sargent, outro pesquisador envolvido no estudo, disse TechXplore. "Reduzimos substancialmente a lacuna de eficiência entre os dispositivos invertidos e os dispositivos regulares usando apenas vestígios de alquilamina como grãos e modificadores de interface."

Os pesquisadores descobriram que as células solares de perovskita criadas usando sua abordagem podem operar por mais de 1, 000h no ponto de potência máxima sob uma iluminação AM1.5 simulada, sem qualquer perda de eficiência. No futuro, a estratégia de design que eles introduziram poderia aproximar os materiais de perovskita de atender às exigentes condições exigidas para a comercialização de células solares.

"Para a próxima etapa de nossa pesquisa, veremos maneiras de produzir PVs de perovskita, para alcançar dispositivos de grande área sem comprometer o alto desempenho e confiabilidade, "Osman Bakr, outro dos pesquisadores envolvidos no estudo, disse TechXplore.

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