Estratégia inovadora otimiza desempenho e durabilidade de células solares

Equipe do Centro de Inovação em Novas Energias trabalha para aprimorar as propriedades de materiais à base de perovskita, considerados uma das melhores opções para a próxima geração de painéis solares

Agência FAPESP* – Em trabalho totalmente realizado no Brasil, uma equipe de cientistas desenvolveu uma estratégia inovadora para otimizar o desempenho e a durabilidade de células solares de perovskita. Essa família de materiais é considerada uma das melhores opções para a próxima geração de painéis solares e, por isso, tem recebido grande atenção da comunidade científica no intuito de otimizar suas propriedades.

Uma abordagem promissora é a das perovskitas 2D/3D. Esses filmes mesclam regiões com estrutura tridimensional, semelhante a uma rede de cubos interconectados, e regiões com estrutura bidimensional, parecida a uma folha plana. A combinação permite reunir as melhores propriedades das duas estruturas: a durabilidade da perovskita bidimensional e a eficiência da tridimensional.

“As perovskitas 2D são muito interessantes porque são muito mais resistentes à degradação; isso já é um fato”, diz a professora da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) Ana Flávia Nogueira, pesquisadora e diretora do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) – um Centro de Pesquisa Aplicada (CPA) constituído por FAPESP e Shell em 2018. “Por isso, é possível que futuras células solares de perovskita comerciais contenham algum tipo de estrutura 2D”, comenta a cientista.

Inovação

Para produzir filmes de perovskita, uma solução com diversos compostos químicos é preparada. Depois disso, ocorre a cristalização: o solvente evapora e as outras substâncias se organizam em uma estrutura sólida e ordenada. O processo acontece de forma espontânea, mas regulá-lo é extremamente importante para otimizar as propriedades dos filmes.

Neste novo trabalho, divulgado na revista ACS Energy Letters, os autores estudaram em detalhe um dos ingredientes da solução, uma molécula orgânica de cadeia longa, que é o aditivo responsável por regular a formação das regiões bidimensionais nos filmes de perovskita 2D/3D. O foco do estudo foi entender se o tamanho da molécula impactaria o desempenho do material em células solares.

“Este trabalho traz uma inovação que é tentar controlar a formação dessas estruturas de perovskita 2D de uma forma diferente, introduzindo cátions orgânicos com diferentes tamanhos de cadeia na solução precursora”, explica Nogueira, autora correspondente do artigo.

Os resultados mostram que as moléculas de comprimento intermediário otimizaram a cristalização dos filmes ao evitar a formação de defeitos e gerar uma estrutura mais organizada e uniforme. Em consequência, as células solares produzidas com esses filmes atingiram as maiores taxas de eficiência na conversão de luz em eletricidade.

A pesquisa foi conduzida em laboratórios da Unicamp e do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Além do CINE, a FAPESP também financiou o trabalho por meio de uma Bolsa de Pós-Doutorado concedida a Murillo Henrique de Matos Rodrigues, primeiro autor do artigo. O grupo também contou com apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e suporte estratégico da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP).

O artigo Tuning Structure and Performance of 2D/3D Perovskites by Alkyl Chain Length Engineering pode ser lido em: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c02838.

* Com informações de Veronica Savignano, do CINE.