p Células solares feitas com filmes que imitam a estrutura do mineral perovskita são o foco de pesquisas em todo o mundo. Mas só agora os pesquisadores da Case Western Reserve University mostraram diretamente que os filmes têm uma propriedade fundamental que lhes permite converter a luz solar em eletricidade de forma eficiente. p Identificar esse atributo pode levar a painéis solares mais eficientes.

p Os elétrons gerados quando a luz atinge o filme não são restringidos pelos limites dos grãos - as bordas das subunidades cristalinas dentro do filme - e viajam longas distâncias sem se deteriorar, os pesquisadores mostraram. Isso significa que os portadores de carga elétrica que ficam presos e se deterioram em outros materiais estão disponíveis para serem retirados como corrente.

p Os cientistas mediram diretamente a distância percorrida - chamada de comprimento de difusão - pela primeira vez usando a técnica chamada "microscopia de imagem por fotocorrente com varredura espacial". Comprimento de difusão dentro de um filme de perovskita bem orientado medido até 20 micrômetros.

p As evidências, publicado no jornal Nano Letras , indicam que as células solares podem ser feitas mais espessas sem prejudicar sua eficiência, disse Xuan Gao, professor associado de física e autor do artigo.

p "Uma célula mais espessa pode absorver mais luz, " ele disse, "potencialmente produzindo uma célula solar melhor."

p Eficiência integrada

p Pesquisadores de energia solar acreditam que os filmes de perovskita são muito promissores. Em menos de cinco anos, filmes feitos com a estrutura cristalina ultrapassaram a eficiência de 20 por cento na conversão de luz solar em eletricidade, uma marca que levou décadas para ser alcançada com as células solares à base de silício usadas hoje.

p Nesta pesquisa, O laboratório de Gao realizou medições espaciais de imagens fotocorrentes em filmes feitos no laboratório do professor de química da Case Western Reserve, Clemens Burda.

p Minerais de perovskita encontrados na natureza são óxidos de certos metais, mas o laboratório de Burda fez filmes organometálicos com a mesma estrutura cristalina usando tri-iodeto de chumbo e metil amônio (CH3NH3PBI3), um haleto de chumbo tridimensional rodeado por pequenas moléculas orgânicas de metil amônio que mantêm a estrutura da rede unida.

p "A questão tem sido, 'Como essas células solares são tão eficientes? Se nós soubéssemos, poderíamos melhorar ainda mais as células solares de perovskita ", disse Burda." As pessoas pensaram que isso poderia ser devido ao transporte de elétrons incomumente longo, e nós medimos diretamente. "

p O comprimento de difusão é a distância de um elétron ou seu oposto, chamado de buraco, viaja da geração até que se recombine ou seja extraído como corrente elétrica. A distância é igual ao comprimento de transporte quando nenhum campo elétrico (que geralmente aumenta a distância percorrida) é aplicado.

p Medindo viagens

p Os laboratórios fizeram medições repetidas focalizando um minúsculo ponto de laser em filmes de 8 milímetros quadrados por 300 nanômetros de espessura. Os filmes foram tornados estáveis ​​revestindo a perovskita com uma camada de polímero parileno.

p A luz gera elétrons e buracos e a fotocorrente, ou fluxo de elétrons, é registrado entre os eletrodos posicionados a cerca de 120 mícrons de distância um do outro enquanto o filme é varrido ao longo de duas direções perpendiculares. A varredura produz um mapa espacial bidimensional de difusão de portadores e características de transporte.

p As medições mostraram um comprimento de difusão em média de cerca de 10 mícrons. Em alguns casos, o comprimento atingiu 20 mícrons, mostrando que a área funcional do filme tem pelo menos 20 mícrons de comprimento, disseram os pesquisadores.

p Em alguns materiais, limites de grão diminuem a condutividade, mas a imagem mostrou que essas interfaces entre os grãos no filme não exerceram nenhuma influência na viagem do elétron. Gao e Burda dizem que isso pode ser porque os grãos do filme estão bem alinhados, não causando impedância ou outros efeitos prejudiciais nos elétrons ou lacunas.

p Burda e Gao estão agora buscando fundos federais para usar a técnica de microscopia para determinar se os diferentes tamanhos de grãos, orientações, composições de perovskita de haleto, espessuras de filme e mais mudam as propriedades do filme, para acelerar ainda mais a pesquisa no campo.