Uma equipe internacional de pesquisadores liderada por Julian Steele, da Universidade KU Leuven, na Bélgica, afirma ter desenvolvido um processo para melhorar a estabilidade térmica de um dos mais promissores materiais de perovskita para aplicações fotovoltaicas: CsPbI3.
«Um dos maiores obstáculos para a implantação comercial de células solares de perovskita é a sua instabilidade», disse Steele. «O custo de seus ingredientes é baixo, sua eficiência dispara, mas sua estabilidade continua sendo um problema».
Todas as variantes de perovskita descobertas até o momento são quimicamente sensíveis. A exposição ao ar, umidade, luz e calor pode alterar suas ligações químicas e degradá-las. Steele disse que a incorporação de césio na formulação de CsPbI3 torna o material mais robusto, mas também introduz instabilidade de fase, o que levanta uma nova preocupação para os fabricantes de células solares sobre se as moléculas mudarão de disposição a qualquer momento.
O polimorfismo, como é conhecido, é desconcertante para os fabricantes. A mais de 320 graus Celsius, a CsPbI3 adota uma estrutura cristalina que a torna preta e opaca; à temperatura ambiente, retorna a uma configuração amorfa que lhe dá uma cor amarelada. Esta última forma reduz consideravelmente a absorção de luz e a eficiência de qualquer célula solar na qual o material é incorporado.
Durante anos, não foi possível esclarecer o processo que governou a transformação de fases em CsPbI3. Os pesquisadores conseguiram impor uma fase cristalina, incorporando novos compostos químicos em suas camadas de perovskita, ou alterando o tamanho dos cristais que os compunham. No entanto, ninguém conseguiu explicar por que esses truques funcionam. Um quebra-cabeça recorrente se refere ao motivo pelo qual camadas recozidas sob condições idênticas às vezes ficam amarelas e às vezes pretas quando resfriadas à temperatura ambiente.
Alta tensão
As medições feitas na Instalação Europeia de Radiação Síncrotron em Grenoble, França, identificaram recentemente um candidato que pode conduzir a transição de fase: o substrato no qual a camada de perovskita é depositada.
Em um artigo publicado na revista Science, Steele explicou que a união entre a camada de perovskita e a superfície de vidro na qual ela é aplicada pode causar uma tensão dentro da camada que é capaz de entrelaçar a fase desejada como resultado.
De acordo com o estudo, no qual cientistas de 11 centros de pesquisa de três continentes participaram, a interface entre a perovskita e o substrato formado durante o recozimento a altas temperaturas é mantida mesmo após o retorno à temperatura ambiente. Se a queda de temperatura for bastante pronunciada, a perovskita pode reter a malha de vidro da interface e adaptar-se a ela.
A camada de perovskita se estende «como um acordeão» quando aquecida, disse Steele. O investigador principal acrescentou: “Quando esfria, essa camada tenta compactar novamente, mas a interface que se formou com o substrato a mantém estendida.
Mostramos em nosso estudo que essa tensão entre a camada de perovskita e o substrato pode ser usada para estabilizar a fase cristalina que forma as camadas de perovskitas negras”.
Por Benedict O’Donnell
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