Brasileiros aumentam eficiência e a durabilidade de células solares promissoras

Com informações da Agência Fapesp - 27/02/2024

Ilustração esquemática da fabricação do MXeno e da montagem da célula solar.
[Imagem: João Pedro F. Assunção et al. - 10.1039/D3TC03810F]

MXeno com perovskita

Pesquisadores brasileiros desenvolveram uma estratégia capaz de tornar mais eficientes e estáveis as células solares à base de perovskita, um material semicondutor produzido em laboratório.

João Pedro Assunção e colegas da Universidade Estadual Paulista (Unesp) de Bauru usaram uma classe de materiais conhecida como MXenos, materiais 2D que combinam metais de transição, carbono e/ou nitrogênio, além de um grupo funcional, como flúor, oxigênio ou hidroxila.

Os Mxenos são tidos como um investimento melhor do que o grafeno porque apresentam altos níveis de condutibilidade elétrica, estabilidade térmica e transmitância - a capacidade de ser atravessado pela luz sem absorvê-la - e são mais fáceis de fabricar.

João Pedro usou o MXeno Ti₃C₂T_x como dopante do material polimérico polimetilmetacrilato, que por sua vez foi aplicado como camada de passivação em células solares de perovskita com arquitetura invertida.

A camada de passivação é uma camada de material extra adicionada para mitigar possíveis defeitos do sólido policristalino - no caso, a perovskita -, na interação com o ambiente ou pela própria conformação interna do sólido. Já arquitetura invertida se refere à posição da camada de perovskita em relação às camadas de outros materiais que compõem a célula solar.

Micrografia dos grãos do semicondutor perovskita.
[Imagem: João Pedro F. Assunção et al. - 10.1039/D3TC03810F]

Importante para fabricação industrial

O uso do MXeno aumentou de 19% para 22% a eficiência das células solares, que também apresentaram ganho de estabilidade - os protótipos atingiram o dobro de tempo de trabalho sem queda de desempenho quando comparados às células solares sem a presença da camada de passivação.

São resultados surpreendentes, uma vez que a expectativa inicial da equipe era apenas remediar a queda de desempenho causada pela adição da camada isolante de passivação. E o ganho de durabilidade é marcante porque o foco atual das pesquisas em células solares de perovskita é a sua fabricação industrial, o que exige componentes mais estáveis para uso em grande escala.

"Neste artigo, mostramos que a adição do material MXeno pode não só representar uma realidade viável para a fabricação dos dispositivos, mas também mostrar o caminho para essa conquista. Além disso, exploramos diversas técnicas de caracterizações elétricas, morfológicas e estruturais que contribuem para o melhor entendimento científico do comportamento e funcionamento dessa classe de dispositivos tão complexa," comentou João Pedro.

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