Novo material aumenta a eficiência e a estabilidade de células solares de perovskita

Resultados alcançados por pesquisadores da Unesp poderão favorecer a produção de energia solar

Agência FAPESP* – Em artigo publicado no Journal of Materials Chemistry C, pesquisadores brasileiros descreveram uma estratégia capaz de tornar mais eficientes e estáveis as células solares à base de perovskita, um material semicondutor produzido em laboratório. Os resultados do projeto podem trazer futuramente bons resultados para a produção de energia solar.

O método desenvolvido no campus de Bauru da Universidade Estadual Paulista (Unesp) envolve o uso de uma classe de materiais conhecida como MXenes. Estes são materiais 2D que combinam metais de transição, carbono e/ou nitrogênio, além de um grupo funcional, como flúor, oxigênio ou hidroxila. Apresentam altos níveis de condutibilidade elétrica, estabilidade térmica e transmitância, que é a capacidade de ser atravessado pela luz sem absorvê-la.

Nesse estudo, o MXene Ti3C2Tx foi utilizado 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. Arquitetura invertida faz referência à posição da camada de perovskita em relação às camadas de outros materiais que compõem a célula solar.

O uso do Ti3C2Tx aumentou de 19% para 22% a eficiência das células e também sua estabilidade, ao fazer os dispositivos atingirem o dobro de tempo de trabalho sem queda de performance quando comparados aos dispositivos sem a presença da camada de passivação.

João Pedro Ferreira Assunção, primeiro autor do artigo e mestrando no Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais da Unesp, explicou que os resultados foram surpreendentes, pois a expectativa inicial era apenas de remediar a queda de performance causada pela adição da camada isolante de passivação.

O pesquisador contou ainda que o foco atual das pesquisas em células solares de perovskita é a sua fabricação industrial e que, para isso, buscam-se dispositivos mais estáveis para uso em grande escala e com alta performance.

“Neste artigo, mostramos que a adição do material MXene 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”, comenta Assunção.

Segundo ele, trata-se de um passo promissor para as metas de produção de energia limpa, mitigação dos impactos ambientais e promoção da indústria brasileira como potência de produção de células solares.

Algumas etapas da pesquisa, como a espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X, foram conduzidas no Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) da FAPESP sediado na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

O artigo Interface passivation with Ti3C2Tx-MXene doped PMMA film for highly efficient and stable inverted perovskite solar cells pode ser lido em: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/TC/D3TC03810F#fn1.

* Com informações do CDMF.