Nova estratégia melhora a estabilidade de células solares de perovskita

Filmes desses semicondutores fotossensíveis prometem ser protagonistas de próxima geração por seu desempenho na conversão de luz solar em eletricidade. Mas a estabilidade do material sob calor e umidade ainda precisa ser aprimorada

Agência FAPESP * – Pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) abordaram de forma inovadora o problema da instabilidade das células solares de perovskita, apresentando uma nova estratégia para otimizar esses dispositivos. O estudo, publicado no Journal of Materials Chemistry A, foi realizado no contexto de projetos conduzidos pelo Centro de Inovação em Novas Energias (CINE).

O CINE é um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) constituído pela FAPESP e pela Shell em 2018. O centro é sediado na Unicamp, Universidade de São Paulo (USP) e Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), com a participação de outras oito instituições brasileiras.

Filmes de perovskita de haleto metálico prometem ser protagonistas da próxima geração de células solares por causa de seu desempenho excelente na conversão de luz solar em eletricidade (leia mais em: https://revistapesquisa.fapesp.br/a-corrida-pelas-celulas-solares-de-perovskita/). No entanto, para explorar plenamente seu potencial, a estabilidade desses materiais perante calor e umidade ainda precisa ser aprimorada.

Formadas por várias camadas finas, as células solares de perovskita são semelhantes a um sanduíche no qual as fatias de pão são os eletrodos e o recheio é composto pela camada de absorção de luz (o filme de perovskita) e pela camada de transporte (encarregada de levar as cargas elétricas até os eletrodos).

Muitas abordagens para o problema da instabilidade desses dispositivos já foram pesquisadas, com diversos resultados. Contudo, no novo trabalho, os autores trazem um olhar inédito ao investigar como a qualidade do filme de perovskita é influenciada pela camada subjacente (a parte da camada de transporte que está em contato direto com a perovskita).

Para produzir uma célula solar, uma solução líquida com os componentes da perovskita é depositada na superfície dessa camada, onde a perovskita cristaliza formando um filme sólido cujos grãos se alinham seguindo orientações cristalinas específicas.

Usando diferentes materiais nas camadas subjacentes, os autores produziram filmes de perovskita com diferentes orientações cristalinas e os submeteram à temperatura de 85 °C durante 500 horas.

“A principal contribuição do estudo é demonstrar, de forma sistemática e inédita, como diferentes camadas underlayer – fundamentais na arquitetura das células solares de perovskita convencionais e invertidas – influenciam diretamente a orientação cristalina da perovskita de haleto metálico e, consequentemente, sua estabilidade térmica”, diz o pós-doutorando do CINE Murillo Henrique de Matos Rodrigues, um dos autores do estudo.

Para chegar a esse resultado, foi fundamental a parceria entre o grupo da Unicamp, liderado por Ana Flávia Nogueira, pioneiro no Brasil no estudo de células solares de perovskita, e os pesquisadores do CNPEM, que viabilizaram o uso de técnicas avançadas de caracterização de materiais. “Essa sinergia já resultou em diversos trabalhos relevantes na área e fortalece o papel das instituições na busca por soluções tecnológicas sustentáveis em energia”, diz Rodrigues.

A nova pesquisa abre possibilidades interessantes na otimização da próxima geração de células solares. “O entendimento aprofundado do papel da camada subjacente representa um marco para projetar novas camadas de transporte que promovam crescimentos orientados, resultando em dispositivos mais eficientes e duráveis, um diferencial crucial na comparação com estudos anteriores”, destaca Rodrigues.

O trabalho contou com apoio da FAPESP (17/11986-5, 22/16614-7 e 21/03321-9), da Shell e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), além de suporte estratégico da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP).

O artigo The influence of the buried interface on the orientational crystallization and thermal stability of halide perovskite thin films pode ser lido em: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ta/d5ta01772f.

* Com informações de Verónica Savignano, do CINE.