p Um material com estrutura de cristal perovskita se tornou muito popular para células solares. Embora a maioria das perovskitas sejam compostos inorgânicos, este novo material é um híbrido de materiais orgânicos e inorgânicos relativamente baratos. Em apenas alguns anos, pesquisadores alcançaram notável eficiência de conversão de energia com essas perovskitas, comparável com os melhores materiais fotovoltaicos disponíveis. p Agora, pesquisadores do Japão revelaram a física de como funciona um importante componente de uma célula solar de perovskita - uma descoberta que pode levar a células solares aprimoradas ou mesmo a materiais mais novos e melhores. Eles descrevem seus experimentos na edição desta semana do jornal Cartas de Física Aplicada .

p "Os principais estudos focaram na melhoria da eficiência [da célula solar] [com perovskita], "disse Kazuhiro Marumoto da Universidade de Tsukuba." Mas o mecanismo microscópico por trás [como] essas células solares [usando perovskitas funcionam] não foi totalmente investigado. "

p As células solares funcionam convertendo a energia da luz em eletricidade. Quando um fóton atinge a perovskita, por exemplo, ele solta um elétron. O ponto vazio deixado pelo elétron é chamado de buraco, e atua como uma partícula carregada positivamente. O movimento subsequente dos elétrons e buracos é o que gera a corrente elétrica.

p Porque a perovskita em si não conduz muito bem o movimento dos orifícios, as células solares requerem uma camada adicional de um material de transporte de buraco para facilitar o fluxo de corrente. Um material comum de transporte de orifícios é um composto denominado spiro-OMeTAD. Para impulsionar a corrente ainda mais, os pesquisadores adicionam um sal de lítio chamado LiTFSI ao spiro-OMeTAD. Este processo é denominado "doping".

p Spiro-OMeTAD é um material amorfo, o que lhe confere algumas propriedades únicas. A maioria dos materiais sólidos tem bandas de energia eletrônica bem definidas, nas quais elétrons e lacunas podem se mover para se transportar através do material. Cristais, por exemplo, frequentemente têm estruturas de banda que permitem o fluxo simétrico de elétrons e lacunas. Mas os materiais amorfos não.

p Devido a esta estrutura de banda assimétrica, buracos podem ter dificuldade em viajar através de um material amorfo porque podem ficar presos em um determinado nível de energia. Mas, de acordo com a teoria, A dopagem spiro-OMeTAD com LiTFSI evita que os orifícios fiquem presos.

p Pares de elétrons ocupam cada nível de energia em spiro-OMeTAD. Mas quando LiTFSI é introduzido, um desses elétrons é removido, deixando para trás um buraco em seu lugar. A presença desse buraco impede que outros buracos fiquem presos naquele nível de energia, permitindo que eles se movam livremente e gerem corrente elétrica.

p Anteriormente, ninguém confirmou este processo. Mas Marumoto e seus colegas agora usaram espectroscopia de ressonância de spin de elétrons (ESR) para mostrar que este mecanismo é, na verdade, responsável por melhorar a capacidade do spiro-OMeTAD de transportar corrente.

p A espectroscopia ESR mede o spin de um único, elétrons desemparelhados, que é o que é criado quando spiro-OMeTAD é dopado com LiTFSI. Em experimentos sem luz, os pesquisadores descobriram que o número de spins de elétrons em spiro-OMeTAD aumentou em duas ordens de magnitude após ser dopado, confirmando o efeito do LiTFSI.

p Para ver como o doping afeta a eficiência de uma célula solar perovskita / spiro-OMeTAD, os pesquisadores, então, conduziram seus experimentos nos dois materiais em camadas juntos, com as luzes acesas. A luz induz orifícios para se transferirem de perovskita para spiro-OMeTAD e gerar corrente elétrica. Os pesquisadores descobriram que o doping aumentou essa transferência de buraco, demonstrando como LiTFSI melhora a eficiência de uma célula solar.