A classe de material das perovskitas haletos é vista como uma grande esperança para ainda mais energia solar a custos ainda mais baixos. Os materiais são muito baratos, podem ser processados em filmes finos com entrada mínima de energia e já atingem eficiências significativamente maiores do que as das células solares de silício convencionais.
A meta: 20 anos de estabilidade ao ar livre
No entanto, espera-se que os módulos solares forneçam uma saída estável por pelo menos 20 anos em condições externas, enquanto expostos a grandes flutuações de temperatura. O PV de silício gerencia isso facilmente, enquanto as perovskitas semi-orgânicas perdem desempenho rapidamente. “A luz do sol pode aquecer o interior de uma célula fotovoltaica a 80 graus Celsius; no escuro, a célula esfria imediatamente até a temperatura externa. Isso desencadeia grandes tensões mecânicas na fina camada de microcristais de perovskita, criando defeitos e até mesmo transições de fase locais , fazendo com que o filme fino perca a qualidade”, explica o Prof. Antonio Abate, que lidera um grande grupo no HZB.
Variações químicas examinadas
Junto com sua equipe e vários parceiros internacionais, ele investigou uma variação química que melhora significativamente a estabilidade do filme fino de perovskita em diferentes arquiteturas de células solares, entre elas a arquitetura de pinos, que normalmente é um pouco menos eficiente do que a mais comum arquitetura nip usada.
Um “Soft Shell” contra o Estresse
“Otimizamos a estrutura do dispositivo e os parâmetros do processo, com base nos resultados anteriores e, finalmente, conseguimos uma melhoria decisiva com b-poli(1,1-difluoroetileno) ou b-pV2F para abreviar”, diz Guixiang Li, que está fazendo seu doutorado supervisionado pelo Prof. Abate. As moléculas b-pV2F se assemelham a uma cadeia em zigue-zague ocupada por dipolos alternados. “Este polímero parece envolver os microcristais de perovskita individuais no filme fino como uma casca macia, criando uma espécie de almofada contra o estresse termomecânico”, explica Abate.
Eficiência recorde para arquitetura de pinos 24,6%
De fato, as imagens do microscópio eletrônico de varredura mostram que nas células com b-pV2F, os minúsculos grânulos se aninham um pouco mais perto. “Além disso, a cadeia dipolo do b-pV2F melhora o transporte de portadores de carga e, assim, aumenta a eficiência da célula”, diz Abate. De fato, eles produziram células em escala de laboratório com eficiência de até 24,6%, o que é um recorde para a arquitetura de pinos.
Um ano de uso ao ar livre
As novas células solares produzidas foram submetidas a mais de cem ciclos entre +80 Celsius e -60 Celsius e 1000 horas de iluminação contínua equivalente a 1 sol. Isso corresponde a cerca de um ano de uso externo. “Mesmo sob essas tensões extremas, eles ainda alcançaram 96% de eficiência no final”, enfatiza Abate. Isso já está na ordem de grandeza certa. Se agora for possível reduzir um pouco mais as perdas, os módulos solares de perovskita ainda poderão produzir a maior parte de sua produção original após 20 anos – esse objetivo agora está próximo.
Com informações de Science Daily.
