p Pesquisa liderada por um Ph.D. da Brown University. aluno revelou uma nova maneira de fazer filmes de perovskita que absorvem luz para uso em células solares. p O novo método envolve um banho de solvente em temperatura ambiente para criar cristais de perovskita, em vez da explosão de calor usada nos métodos de cristalização atuais. Um estudo publicado na Royal Society of Chemistry's Journal of Materials Chemistry A mostra que a técnica produz filmes cristalinos de alta qualidade com controle preciso sobre a espessura em grandes áreas, e poderia apontar o caminho para métodos de produção em massa para células de perovskita.

p Perovskitas, uma classe de materiais cristalinos, causaram um grande rebuliço no mundo da energia limpa. Os filmes de perovskita são excelentes absorvedores de luz e são muito mais baratos de fazer do que os wafers de silício usados ​​em células solares convencionais. A eficiência das células perovskita - a porcentagem de luz solar convertida em eletricidade - aumentou em um ritmo impressionante em apenas alguns anos. As primeiras células de perovskita introduzidas em 2009 conseguiram uma eficiência de apenas 4 por cento, muito longe da eficiência de 25 por cento ostentada pelas células de silício padrão. Mas no ano passado, as células de perovskita foram certificadas como tendo mais de 20 por cento de eficiência. Essa rápida melhoria no desempenho é promissora, e os pesquisadores estão correndo para começar a usar células de perovskita em produtos comerciais.

p Existem várias maneiras diferentes de fazer os filmes, mas quase todos eles requerem calor. Os precursores químicos da perovskita são dissolvidos em uma solução, que é então revestido sobre um substrato. O calor é aplicado para remover o solvente, deixando os cristais de perovskita se formarem em um filme através do substrato.

p "As pessoas fizeram bons filmes em áreas relativamente pequenas - uma fração de um centímetro ou mais quadrado. Mas eles tiveram que ir para temperaturas de 100 a 150 graus Celsius, e esse processo de aquecimento causa uma série de problemas, "disse Nitin Padture, professor de engenharia e diretor do Institute for Molecular and Nanoscale Innovation.

p Por exemplo, os cristais costumam se formar de maneira desigual quando tratados termicamente, deixando pequenos furos no filme. Em uma célula solar, esses furos podem reduzir a eficiência. O calor também limita os substratos nos quais os filmes podem ser depositados. Substratos de plástico flexível, por exemplo, não podem ser usados ​​porque são danificados por altas temperaturas.

p Yuanyuan Zhou, um estudante de pós-graduação no laboratório de Padture, queria ver se havia uma maneira de fazer filmes finos de cristal de perovskita sem ter que aplicar calor. Ele criou o que é conhecido como abordagem de extração por solvente-solvente (SSE).

p Em seu método, Os precursores de perovskita são dissolvidos em um solvente chamado NMP e revestidos em um substrato. Então, em vez de aquecer, o substrato é banhado em éter dietílico (DEE), um segundo solvente que seletivamente agarra o solvente NMP e o leva embora. O que resta é um filme ultra-liso de cristais de perovskita.

p Porque não há aquecimento envolvido, os cristais podem ser formados em praticamente qualquer substrato - até mesmo substratos de polímeros sensíveis ao calor usados ​​em fotovoltaicos flexíveis. Outra vantagem é que todo o processo de cristalização SSE leva menos de dois minutos, em comparação com uma hora ou mais para o tratamento térmico. Isso torna o processo mais adequado para produção em massa porque pode ser feito em um tipo de processo de linha de montagem.

p A abordagem SSE também permite que os filmes sejam feitos muito finos, mantendo a alta qualidade. Os filmes de perovskita padrão têm geralmente cerca de 300 nanômetros de espessura. Mas Zhou conseguiu fazer filmes de alta qualidade de até 20 nanômetros. Os filmes SSE também podem ser aumentados - vários centímetros quadrados - sem gerar orifícios.

p "Usando os outros métodos, quando a espessura fica abaixo de 100 nanômetros, você dificilmente consegue fazer a cobertura total do filme, "Zhou disse." Você pode fazer um filme, mas você tem muitos furos. Em nosso processo, você pode formar o filme uniformemente até 20 nanômetros porque a cristalização à temperatura ambiente é muito mais equilibrada e ocorre imediatamente em todo o filme após o banho. "

p Esses filmes ultrafinos são parcialmente transparentes (filmes de espessura padrão são pretos e opacos), para que eles pudessem ser usados ​​para fazer janelas fotovoltaicas, dizem os pesquisadores. E ajustando a composição da solução do precursor de perovskita, Zhou conseguiu fazer células em cores diferentes.

p "Estes podem ser potencialmente usados ​​para decoração, janelas integradas ao edifício que podem gerar energia, "Padture disse.

p O grupo planeja trabalhar mais para refinar o processo, mas eles são encorajados pelos primeiros resultados. Trabalhando com cientistas do Laboratório Nacional de Energia Renovável no Colorado, testes iniciais de células feitas com filmes SSE mostraram eficiência de conversão de mais de 15 por cento. As células solares baseadas em filmes semitransparentes de 80 nanômetros feitos usando o processo mostraram ter maior eficiência do que qualquer outro filme ultrafino.

p "Achamos que isso poderia ser um passo significativo em direção a uma variedade de produtos de células de perovskita disponíveis comercialmente, "Padture disse.