Os pesquisadores australianos podem ter superado um obstáculo significativo na busca global para desenvolver células solares de perovskita de próxima geração.
Uma observação casual e um acompanhamento rápido permitiram que uma equipe do ARC Center of Excellence in Exciton Science resolvesse um problema de estabilidade fundamental causado quando o material é exposto à luz solar.
Sua descoberta, relatada em um artigo na revista Nature Materials, significa que o material pode permanecer estável sem a necessidade de alterar a composição ideal.
Há uma verdadeira agitação em torno das perovskitas porque sua estrutura cristalina distinta pode ser facilmente sintetizada a partir de um número diversificado de elementos.
Os cientistas projetaram cristais de perovskita com uma gama de propriedades intrigantes, úteis em tecnologias como máquinas de ultrassom, sensores, lasers e chips de memória.
As células solares feitas de cristais de perovskita de haleto metálico são particularmente promissoras. Eles são 500 vezes mais finos do que as células que usam silício – o material no qual a tecnologia solar depende desde 1950 – o que significa que os custos de produção podem ser mantidos baixos.
Eles também são mais flexíveis e mais eficientes. Na mera década em que os cientistas têm trabalhado neles, sua eficiência de conversão disparou para cerca de 25%. Em comparação, demorou 40 anos para as células à base de silício atingirem uma eficiência semelhante.
Mas nem tudo é um mar de rosas. “Os diferentes haletos tendem a se separar espacialmente quando o sol incide sobre esses materiais, o que obviamente reduz sua utilidade”, explica Asaph Widmer-Cooper, cientista de materiais da Universidade de Sydney e coautor do novo artigo.
Esta interrupção da composição cuidadosamente arranjada interfere na absorção do material de certos comprimentos de onda e afeta sua eficiência e condução do portador de carga. Este é um problema crítico para um material que estará constantemente exposto à luz solar.
A solução? Em seu artigo, os pesquisadores descrevem como a luz de alta intensidade pode realmente desfazer a interrupção causada pela luz de baixa intensidade. O efeito foi acidentalmente observado durante a realização de uma medição não relacionada, mas a equipe percebeu rapidamente que havia encontrado algo importante.
A modelagem computacional liderada por Stefano Bernardi, da University of Sydney, ajudou a iluminar o significado dessa observação surpresa.
“O que descobrimos é que conforme você aumenta a intensidade da excitação, as deformações locais na rede iônica – que foram a causa original da segregação – começam a se fundir”, explica ele.
Isso faz com que as deformações locais que interrompem a composição do cristal desapareçam
“Em um dia normal de sol, a intensidade é tão baixa que essas deformações ainda são localizadas”, diz Bernardi. “Mas se você encontrar uma maneira de aumentar a excitação acima de um certo limite, por exemplo, usando um concentrador solar, a segregação desaparece.”
Outros grupos de pesquisa tentaram resolver este problema ajustando a composição das perovskitas de haleto metálico ou alterando as dimensões do material. A chave do novo trabalho é que a composição não precisa mudar.
“O que mostramos é que você pode realmente usar o material no estado em que deseja, para uma célula solar”, diz o coautor Chris Hall, da Universidade de Melbourne. “Tudo que você precisa fazer é focar mais luz nele.”
Esta pesquisa resolveu um problema crítico enfrentado pela pesquisa solar baseada na perovskita, mas o verdadeiro teste estará em sua aplicação prática.
Windmer-Cooper acrescenta: “Ainda há muito trabalho a ser feito, não apenas para testar nossas ideias para estabilizar perovskitas de haleto misto em células solares, mas também para aumentar o processo de impressão.”
Este, diz ele, é um problema que o ARC Centre of Excellence in Exciton Science está trabalhando com o CSIRO da Austrália.
