Fonte: scitechdaily.com
Os cientistas de materiais da Rice University usam ingredientes inorgânicos para limitar defeitos e manter a eficiência.
Os cientistas da Rice University acreditam que superaram um grande obstáculo que impede as células solares baseadas em perovskita de alcançar o uso principal.
A pesquisadora de pós-doutorado da Rice University, Jia Liang, mantém células solares de perovskita desenvolvidas com todos os materiais inorgânicos. O controle de defeitos nas células, eliminando os componentes orgânicos, os tornou mais robustos, mantendo a eficiência de conversão de energia. Crédito: Jeff Fitlow / Rice University
Através do uso estratégico do elemento índio para substituir parte do chumbo dos perovskitas, o cientista de materiais Rice Jun Lou e seus colegas da Brown School of Engineering dizem que são mais capazes de projetar os defeitos das células solares de iodeto de césio-chumbo que afeta o gap de banda do composto, uma propriedade crítica na eficiência das células solares.
Como um benefício colateral, as células recém-formuladas do laboratório podem ser produzidas ao ar livre e durar meses, em vez de dias, com uma eficiência de conversão solar ligeiramente acima de 12%.
Os resultados da equipe Rice foram publicados em Advanced Materials ontem, 4 de novembro de 2019.
Os perovskitas são cristais com treliças semelhantes a cubos, conhecidos por serem eficientes coletores de luz, mas os materiais tendem a ser estressados pela luz, umidade e calor.
Não os perovskitas de Rice, Lou disse.
"Da nossa perspectiva, isso é algo novo e acho que representa um avanço importante", disse ele. “Isso é diferente dos perovskitas tradicionais e tradicionais que as pessoas falam há 10 anos - os híbridos inorgânico-orgânicos que oferecem a maior eficiência registrada até agora, cerca de 25%. Mas o problema com esse tipo de material é sua instabilidade.
"Os engenheiros estão desenvolvendo camadas de revestimento e outras coisas para proteger esses materiais preciosos e sensíveis do meio ambiente", disse Lou. “Mas é difícil fazer a diferença com os materiais intrinsecamente instáveis. Por isso, decidimos fazer algo diferente. ”
Uma imagem de microscópio eletrônico mostra uma seção transversal da célula solar perovskita totalmente inorgânica desenvolvida na Universidade Rice. Do topo, as camadas são um eletrodo de carbono, perovskita, óxido de titânio, óxido de estanho dopado com flúor e vidro. A barra de escala é igual a 500 nanômetros. Crédito: Lou Group / Rice University
A pesquisadora de pós-doutorado em arroz e principal autora Jia Liang e sua equipe construíram e testaram células solares de perovskita de césio inorgânico, chumbo e iodeto, as mesmas células que tendem a falhar rapidamente devido a defeitos. Mas, ao adicionar bromo e índio, os pesquisadores conseguiram eliminar os defeitos do material, aumentando a eficiência acima de 12% e a tensão para 1,20 volts.
Como bônus, o material provou ser excepcionalmente estável. As células foram preparadas em condições ambientais, resistindo à alta umidade de Houston, e as células encapsuladas permaneceram estáveis no ar por mais de dois meses, muito melhor do que nos poucos dias em que duraram as células simples de iodeto de césio-chumbo.
Uma vista esquemática mostra uma célula solar perovskita totalmente inorgânica desenvolvida por cientistas de materiais da Universidade Rice. Crédito: Lou Group / Rice University
"A maior eficiência para este material pode ser de cerca de 20% e, se pudermos chegar lá, pode ser um produto comercial", disse Liang. “Ele tem vantagens sobre as células solares baseadas em silício, porque a síntese é muito barata, é baseada em soluções e fácil de expandir. Basicamente, basta espalhá-lo em um substrato, deixar secar e ter sua célula solar. ”
Referência: “Células Solares Perovskitas de Alta Eficiência Ativadas pela Engenharia de Defeitos” de Jia Liang, Xiao Han, Ji ‐ Hui Yang, Boyu Zhang, Qiyi Fang, Jing Zhang, Qing Ai, Meredith M. Ogle, Tanguy Terlier, Angel A. Martí e Jun Lou, 4 de novembro de 2019, Advanced Materials .
DOI: 10.1002 / adma.201903448
Os co-autores do artigo são Xiao Han, da Northwestern Polytechnical University, China; Ji-Hui Yang, da Universidade de Fudan, Xangai; e os alunos de pós-graduação Rice, Boyu Zhang, Qiyi Fang, Meredith Ogle, pesquisador de pós-doutorado Jing Zhang, visitante acadêmico Qing Ai, especialista em pesquisa Tanguy Terlier e Angel Martí, professor associado de química, bioengenharia e ciência dos materiais e nanoengenharia. Lou é professor de ciência dos materiais, nanoengenharia e química.
A bolsa de pós-doutorado em nanotecnologia Peter M. e Ruth L. Nicholas, a Fundação Welch, o Conselho de Bolsas de Estudo da China e a Fundação Nacional de Ciência apoiaram a pesquisa.