p A estabilidade de um material muito eficiente e barato para células solares foi aprimorada em até duas ordens de magnitude. As manipulações de materiais que possibilitaram esse aprimoramento foram desenvolvidas em um projeto apoiado pelo Austrian Science Fund FWF - e seu "segredo" foi publicado recentemente em Nano Letras . p As perovskitas de haleto de chumbo são a queridinha da pesquisa em células solares:o material cristalino é usado para processos de fabricação com custo reduzido e, ultrapassando o limite de 20%, já alcançou enormes eficiências de conversão de energia em um tempo comparativamente curto. Este material ainda tem uma desvantagem fundamental, Contudo, e essa é a sua instabilidade. Uma descoberta recente de um Erwin Schrödinger Fellow da FWF, em cooperação com Aaron Fafarman e uma equipe de pesquisadores da Drexel University na Filadélfia, NÓS, já mostrou que esta instabilidade pode ser consideravelmente reduzida por meio de altos níveis de dopagem com íons cloreto.

p Altos níveis de dopagem

p David Egger, que é apoiado por uma bolsa Schrödinger e baseado no Departamento de Materiais e Interfaces do Instituto de Ciência Weizmann em Israel, junto com seus colegas descobriram que certas perovskitas podem conter altos níveis de íons cloreto (dopagem) - e que isso aumenta a estabilidade do material funcional sob certas condições em até duas ordens de magnitude.

p Egger elabora:"Examinamos perovskitas de césio-chumbo-iodeto. Uma questão é a estabilidade da fase funcional deste material que nos interessa para aplicações:em condições praticamente relevantes, ocorre uma transição de fase e as excelentes propriedades fotovoltaicas são perdidas quase imediatamente. "

p A partir de experimentos anteriores com perovskitas, incluindo cloreto em vez de íons iodeto, pode-se especular que a dopagem do material com cloreto pode aumentar sua estabilidade. Contudo, conseguir isso na prática revelou-se extremamente difícil.

p Egger e seus colegas escolheram uma abordagem interdisciplinar para investigar se a dopagem com cloreto poderia ter um efeito positivo na estabilidade das perovskitas à base de césio:"Usamos simulações atomísticas para mostrar que os íons de cloreto são móveis no cristal de perovskita, pode ser facilmente incorporado ao material hospedeiro, e que isso aumentaria a estabilidade mecânica. Nossos colegas projetaram uma abordagem experimental para introduzir cloreto no material perovskita, que eles conseguiram usando um processo de sinterização química ", Egger explica a cooperação internacional entre o Instituto Weizmann de Israel e cientistas da Universidade Drexel e da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos.

p Resultados surpreendentes

p Ao analisar a estabilidade do cloreto de césio-chumbo-iodeto, a equipe ficou surpresa. Como as perovskitas de haleto de chumbo são tipicamente particularmente instáveis ​​em contato com a água, a equipe monitorou a estabilidade do material dos novos compostos em diferentes níveis de umidade. A uma umidade relativa de 54 por cento, a meia-vida da fase funcional do novo material era seis vezes maior do que a das amostras de controle sem cloreto. Com níveis de umidade reduzidos de onze por cento, a meia-vida tornou-se ainda mais longa. Egger comenta sobre a descoberta:"A meia-vida aumentada da fase perovskita funcional a uma umidade relativa de onze por cento foi tal que não pudemos mais detectar uma transição de fase da perovskita dopada com cloreto dentro do tempo máximo possível de medição de nosso dispositivos, que foi de 96 horas. Para o perovskita não dopado, Contudo, isso aconteceu muito mais rápido, indicando que a dopagem com cloreto aumentou a meia-vida em pelo menos 2 ordens de magnitude. ”Os cientistas novamente combinaram seus resultados de experimento e teoria para mostrar que os níveis de dopagem com cloreto além de dois por cento no material recém-criado não são possíveis.

p O insight fundamental fornecido por Egger e seus colegas, apoiado pela Erwin Schrödinger Fellowship da FWF, agora pode ser usado em novas abordagens para explorar o enorme potencial das células solares de perovskita em uma capacidade ainda maior.