Uma estratégia para melhorar os absorvedores de perovskita para células solares tandem de perovskita

Figura resumindo como funcionam os processos de recozimento normal, recozimento com solvente e CSA. Crédito:Wang et al.

As células solares tandem (TSCs), pilhas de junções p-n baseadas em semicondutores com diferentes bandgaps, são uma solução energética altamente promissora que pode ajudar a reduzir as emissões de carbono. Perovskitas, materiais abundantes em terra com um bandgap ajustável, alta mobilidade de portadores de carga, propriedades optoeletrônicas vantajosas e longos comprimentos de difusão de portadores, podem ser particularmente valiosos para criar TSCs de baixo custo e altamente eficientes em termos de energia para implementações em larga escala.
Para fabricar TSCs totalmente perovskita eficientes, os engenheiros precisam ser capazes de cultivar absorvedores de perovskita uniformes e de alta qualidade por meio de processos de cristalização. Absorvedores são camadas semicondutoras dentro de células solares que absorvem fótons (ou seja, partículas de luz) e excitam elétrons para criar fotocorrente da luz solar. Até agora, no entanto, ainda falta um processo universal e eficaz para preparar absorvedores de perovskita para TSCs.

Pesquisadores da Universidade de Soochow e da Universidade de Sichuan desenvolveram recentemente uma nova estratégia para criar absorvedores de perovskita de alta qualidade com grãos na escala micrométrica e vida útil prolongada do transportador. Essa estratégia, apresentada em um artigo publicado na Nature Energy , é baseado em um processo de recozimento de espaço fechado (CSA), uma técnica baseada em calor que pode ser usada para alterar as propriedades químicas de um material.

“A cristalização controlável desempenha um papel crucial na formação de perovskitas de alta qualidade”, escreveram Changlei Wang e seus colegas em seu artigo. "Aqui, relatamos uma estratégia universal de CSA que aumenta o tamanho do grão, aumenta a cristalinidade e prolonga a vida útil do portador em bandas de baixo gap (baixo-E _g ) e banda larga (wide-E _g ) filmes de perovskita."

Notavelmente, a estratégia CSA desenvolvida por Wang e seus colegas é universal, pois pode ser aplicada a perovskitas com vários bandgaps para produzir absorvedores de alta qualidade com grãos aumentados e vida útil mais longa do transportador. Como parte de seu estudo recente, a equipe demonstrou sua generalização usando-o com sucesso para preparar absorventes baseados em perovskitas com diferentes composições químicas.

Essencialmente, a estratégia recém-apresentada envolve o crescimento de perovskitas através do processo CSA, enquanto gerencia a presença de solventes residuais dentro das perovskitas de fase intermediária (ou seja, a forma da perovskita antes que as etapas finais de recozimento ocorram). Os pesquisadores descobriram que isso promoveu o crescimento de grãos, fundindo cristais vizinhos à medida que os solventes eram liberados lentamente das perovskitas.

"Ao colocar os filmes de perovskita de fase intermediária com suas faces voltadas para coberturas permeáveis a solventes durante o processo de recozimento, camadas absorventes de perovskita de alta qualidade são obtidas com um processo de liberação de solvente lento, permitindo a fabricação de células solares de perovskita de junção simples (PVSCs) eficientes. e células solares em tandem de perovskita", explicaram Wang e seus colegas em seu artigo.

Nas avaliações iniciais, a estratégia CSA elaborada pelos pesquisadores permitiu a criação de absorvedores de perovskita de alto desempenho com bandgaps baixo e largo. Esses absorvedores foram então usados para fabricar TSCs de perovskita 4-T e 2-T que exibiram eficiências de conversão de energia notáveis.

"Os melhores PCEs de 21,51% e 18,58% para baixo-E de junção única _g e largo-E _g Os PVSCs são alcançados e, assim, garantem a fabricação de células solares em tandem de perovskita com 25,15% de eficiência de 4 terminais e 25,05% de eficiência de 2 terminais", escreveram Wang e seus colegas em seu artigo.

No futuro, a estratégia CSA introduzida por esta equipe de pesquisadores poderia ser usada para criar melhores absorvedores para TSCs eficientes e de baixo custo que são baseados exclusivamente em perovskitas. Isso poderia facilitar a implementação em larga escala dessas soluções energéticas altamente promissoras. Enquanto isso, seu estudo também pode inspirar outras equipes de pesquisa em todo o mundo a elaborar estratégias de fabricação semelhantes para produzir absorvedores de perovskita de alto desempenho. + Explorar mais