Cientistas franceses tentam descobrir os segredos da perovskita negra

A análise de raios X poderia ter resolvido o mistério de como preservar a absorção óptica nas camadas de perovskita. Os pesquisadores dizem que a descoberta pode ajudar a estabilizar o material e acelerar o lançamento de um novo ingrediente para a pesquisa fotovoltaica.
Imagem: KU Leuven

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 materiais de perovskita mais promissores para aplicações fotovoltaicas: CsPbI3.

"Um dos maiores obstáculos à implantação comercial de células solares de perovskita é a 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 suscita 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, o CsPbI3 adota uma estrutura cristalina que o torna preto e opaco; à temperatura ambiente, ele retorna a uma configuração amorfa que lhe confere 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 no 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 as camadas recozidas em condições idênticas às vezes ficam amarelas e outras pretas quando resfriadas à temperatura ambiente.

Alta tensão

As medições feitas no Centro Europeu 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 é aplicada pode causar uma tensão na camada que é capaz de entrelaçar a fase desejada como resultado.

De acordo com o estudo, no qual participaram cientistas de 11 centros de pesquisa de três continentes, a interface entre perovskita e o substrato formado durante o recozimento em alta temperatura é mantida mesmo após o retorno à temperatura ambiente. Se a queda de temperatura for bastante pronunciada, a perovskita poderá 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 perovskita preta. ”

Por Benedict O'Donnell

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