Pesquisadores incorporaram nanofitas de fosforeno em novos tipos de células solares, melhorando drasticamente sua eficiência.
As nanofitas de fosforeno (PNRs) são filamentos semelhantes a fitas do material 2D de fósforo, que, semelhante ao grafeno, são feitos de camadas de átomos de espessura de um único átomo. Os PNRs foram produzidos pela primeira vez em 2019, e centenas de estudos teóricos previram como suas propriedades poderiam aprimorar todos os tipos de dispositivos, incluindo baterias, sensores biomédicos e computadores quânticos.

No entanto, nenhuma dessas propriedades excitantes previstas até agora foi demonstrada em dispositivos reais. Agora, pela primeira vez, uma equipe liderada por pesquisadores do Imperial College London e da University College London usou PNRs para melhorar significativamente a eficiência de um dispositivo - um novo tipo de célula solar - demonstrando que o 'material maravilhoso' pode realmente corresponder a seu hype.

Os detalhes são publicados hoje no Journal of the American Chemical Society .

O pesquisador principal Dr. Thomas Macdonald, do Departamento de Química e do Centro de Eletrônica Processável da Imperial, disse:"Centenas de estudos teóricos previram as propriedades excitantes dos PNRs, mas nenhum relatório publicado ainda demonstrou essas propriedades, ou sua tradução em melhor desempenho do dispositivo.

"Estamos, portanto, muito satisfeitos por não apenas fornecer a primeira evidência experimental de PNRs como uma rota promissora para células solares de alto desempenho, mas também mostrar a versatilidade deste novo nanomaterial para uso em dispositivos optoeletrônicos de próxima geração".

A equipe incorporou os PNRs em células solares feitas de perovskitas – uma nova classe de materiais que prometem, pois os cientistas podem facilmente mudar a forma como interagem com a luz para se adequar a uma variedade de aplicações.

Ao contrário das tradicionais células solares inflexíveis à base de silício, as células solares de perovskita podem ser feitas a partir de soluções líquidas, facilitando a impressão de baixo custo em filmes finos e flexíveis. Novos nanomateriais, como PNRs, podem ser simplesmente impressos como uma camada extra para melhorar a funcionalidade e a eficiência do dispositivo.

Ao incluir os PNRs, a equipe conseguiu produzir células solares de perovskita com eficiência acima de 21%, a par das células solares tradicionais de silício. Eles também foram capazes de verificar experimentalmente como os PNRs são capazes de alcançar essa eficiência aprimorada.

Eles mostraram que os PNRs melhoram a 'mobilidade do buraco'. Os 'buracos' são o parceiro oposto dos elétrons no transporte elétrico, portanto, melhorar sua mobilidade (uma medida da velocidade com que se movem pelo material) ajuda a corrente elétrica a se mover com mais eficiência entre as camadas do dispositivo.

Essa validação experimental do poder dos PNRs, segundo a equipe, ajudará os pesquisadores a criar novas regras de projeto para dispositivos optoeletrônicos – aqueles que emitem ou detectam luz.

Dr. Macdonald disse:"Nossos resultados mostram que as propriedades eletrônicas funcionais dos PNRs de fato se traduzem em funcionalidade aprimorada. Isso destaca a importância e a utilidade genuínas deste nanomaterial recém-descoberto e define a referência para dispositivos optoeletrônicos baseados em PNR".

Mais estudos usando PNRs em dispositivos permitirão aos pesquisadores descobrir mais mecanismos de como eles podem melhorar o desempenho. A equipe também explorará como a modificação da superfície das nanofitas pode melhorar as propriedades eletrônicas exclusivas dos materiais. + Explorar mais

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