A conversão fotovoltaica é considerada a solução definitiva para a crescente demanda por energia, no entanto, as células solares tradicionais à base de silício são caras de produzir, e a própria produção envolve consumo intensivo de energia. Células solares híbridas orgânicas-inorgânicas emergentes baseadas em perovskita CH ₃ NH ₃ PbI ₃ , por outro lado, não são apenas baratos de processar, mas também flexíveis, e, portanto, são amplamente utilizadas como uma das tecnologias de conversão fotovoltaica de próxima geração mais promissoras.

Desde o primeiro relatório em 2009, a eficiência de conversão fotovoltaica das células solares de perovskita aumentou espetacularmente de 3,81 por cento para 22,1 por cento em apenas sete anos, e esse aumento sem precedentes alimentou a busca mundial por novos recordes de eficiência. No entanto, nos últimos dois anos, o ritmo dos ganhos de eficiência da célula solar de perovskita diminuiu consideravelmente, apesar da distância do limite teórico projetado de 31 por cento. Portanto, pesquisadores estão explorando novas estratégias para melhorar ainda mais o desempenho da célula solar de perovskita.

As células solares de perovskita atuais são baseadas em CH policristalino ₃ NH ₃ PbI ₃ filmes, e, portanto, inevitavelmente, tem muitos defeitos nos grãos e limites de grãos que afetam o desempenho do dispositivo. Os pesquisadores têm feito esforços para produzir CH a granel ₃ NH ₃ PbI ₃ cristais que exibem propriedades fotovoltaicas excepcionais, como longo comprimento de difusão e vida útil de portadores de carga fotogerada, embora a integração do cristal em massa na arquitetura da célula solar de perovskita tenha se mostrado um desafio.

Agora, uma equipe de cientistas chineses e norte-americanos liderados pelos Profs. Jiangyu Li e Jinjin Zhao desenvolveram CH monocristalino com sucesso ₃ NH ₃ PbI ₃ filme diretamente no substrato FTO / TiO2 de coleta de elétrons, como mostrado na Fig. 1. Eles aproveitaram o gradiente de temperatura e o efeito capilar durante o processo de crescimento, permitindo-lhes produzir filme monocristalino de alta qualidade totalmente integrado em FTO / TiO2. Isso prova ser crítico, como FTO / TiO2 é o substrato de coleta de elétrons mais amplamente usado para células solares de perovskita, tornando a fabricação do dispositivo subsequente simples.

De fato, o CH único cristalino ₃ NH ₃ PbI ₃ o filme mostra excelentes propriedades fotovoltaicas. Medido diretamente em um substrato de vidro FTO com má extração de elétrons, a fotoluminescência resolvida no tempo tem uma vida útil muito mais longa do portador em CH monocristalino ₃ NH ₃ PbI ₃ filme em comparação com filme policristalino, como visto na Fig. 2 (a). Quando uma camada de coleta de elétrons de TiO2 é adicionada ao vidro FTO, então, a vida útil do portador de carga cai substancialmente, graças à extração eficiente de elétrons na interface TiO2 / perovskita. Como resultado, o dispositivo exibe eficiência de conversão fotovoltaica de 8,78 por cento, o mais alto relatado até agora para células solares de perovskita cristalina única. A equipe diz que o sistema tem muito espaço para melhorias, e com otimização contínua de materiais e dispositivos, eles acreditam que as células solares de perovskita cristalina única rivalizarão com suas contrapartes policristalinas em um futuro próximo.