Célula solar de perovskita construída em substrato de aço atinge eficiência recorde de 17,1%

Da pv magazine Global

Um grupo de cientistas liderados pela Universidade de Sydney fabricou uma célula solar de perovskita que utiliza um substrato feito de aço em vez de vidro.

“A vantagem de ser flexível e condutivo é que o próprio aço pode atuar tanto como substrato quanto como eletrodo para painéis monolíticos de grande área ou fabricação de células de junção única ou multijunção singulares de área menor”, disse a autora líder da pesquisa, Anita Ho-Baillie, à pv magazine. Ela sugeriu que a célula poderia ser usada para solar integrada ao edifício (BIPV), solar integrado ao veículo (VIPV) ou outro projeto fotovoltaico integrado para aplicações terrestres ou espaciais.

No estudo “Célula solar de perovskita eficiente em aço habilitada por barreira de difusão e passivação de superfície”, publicado na Cell Reports Physical Science, os pesquisadores explicaram que o aço é flexível e condutor, oferecendo boa estabilidade térmica, resistência e tenacidade. É, no entanto, um material opaco, o que torna necessária a utilização de um eletrodo transparente para a célula solar. Para esse fim, os cientistas usaram uma camada intermediária de óxido de índio e estanho (ITO) entre o substrato de aço e a célula, a fim de evitar a difusão de ferro do substrato para o dispositivo fotovoltaico.

Eles construíram a célula com o substrato de aço, uma camada de ITO de 80 nm de espessura, uma camada de transporte de elétrons de óxido de estanho (IV) (SnO2), o absorvedor de perovskita, uma camada de transporte de furos Spiro-OMeTAD, uma camada tampão feita de molibdênio trióxido (MoO3) e o eletrodo transparente ITO.

Um primeiro dispositivo construído com esta configuração alcançou uma eficiência de conversão de energia de 13,2%, uma tensão de circuito aberto de 1.072 mV, uma densidade de corrente de curto-circuito de 18,3 mA/cm2 e um fator de preenchimento de 0,67. Uma célula semelhante construída sem a camada ITO, por outro lado, obteve uma eficiência de apenas 6%, com os outros valores sendo 763 mV, 17,2 mA/cm2 e 0,46, respectivamente.

Os acadêmicos decidiram utilizar uma estratégia de passivação usando um cátion orgânico de cadeia alquila longa contendo brometo n-OABra para melhorar ainda mais o desempenho da célula usando a camada intermediária ITO, o que resultou em uma eficiência aprimorada de 17,1%, que eles afirmam ser a mais alta eficiência já relatada até o momento para uma célula solar de perovskita construída em um substrato de aço.

“Este trabalho inspira trabalhos futuros onde diferentes materiais como uma camada intermediária podem ser investigados e onde as células que usam materiais com melhor correspondência de índice de refração podem ser demonstradas com o objetivo de aumentar ainda mais o desempenho e a estabilidade das células de perovskita no aço”, afirmaram os pesquisadores.

Ho-Baillie acrescentou que nenhuma análise técnico-económica das células foi realizada até à data. “Fizemos isso para perovskita em vidro, fabricação rolo a rolo de células de perovskita e células tandem de silício-perovskita, indicando competitividade de custo, assumindo que a vida útil das células de perovskita pode corresponder à da tecnologia de célula de silício existente”, concluiu ela.