A Academia Chinesa de Ciências (CAS) anunciou que um grupo de seus pesquisadores fabricou uma célula solar baseada em perovskita de iodeto de césio-chumbo (CsPbI3), também conhecida como perovskita preta.
O CsPbI3 está sendo testado em dispositivos fotovoltaicos pois promete oferecer estabilidade superior de umidade e iluminação. Este material de perovskita tem um bandgap de energia de aproximadamente 1,7 eV e, de acordo com vários cientistas, é uma solução ideal para subcélulas de junção única e de gap de banda larga em dispositivos fotovoltaicos em tandem.
“Desenvolvemos uma nova abordagem para células solares CsPbI3 que abre novas oportunidades para a construção de módulos solares de perovskita totalmente inorgânicos”, disse o principal autor da pesquisa, Jin-Song Hu, à pv magazine.
Os cientistas utilizaram uma estratégia facilitada por ligação de hidrogênio para extrair dimetilamônio (DMA) do absorvedor de perovskita preta. O DMA pode resultar em heterogeneidade local, formação de defeitos e morfologia áspera – todos os fatores que podem ser prejudiciais à eficiência e estabilidade celular.
A estratégia consiste na ligação do DMA com o ácido poliacrílico (PAA) durante a formação do filme de CsPbI3, processo que favoreceria a extração do DMA por meio das ligações de hidrogênio recém-formadas.
“A amostra adicionada pelo PAA exibiu uma transformação de fase relativamente mais rápida e alcançou o filme CsPbI3 de alta qualidade sem resíduos de DMA”, disseram os cientistas. “Investigações experimentais e teóricas sistemáticas revelaram que a ligação de hidrogênio facilitou a extração de DMA, reduzindo sua barreira de escape de energia”.
O grupo construiu a célula com um substrato feito de óxido de estanho dopado com flúor (FTO), uma camada de transferência de elétrons (ETL) de dióxido de titânio (TiO2), o absorvedor de CsPbI3, uma camada de transporte de furos (HTL) baseada em um polímero regioregular poli (3-hexiltiofeno) (P3HT) e um contato metálico de ouro (AU).
Testado sob condições de iluminação padrão, este dispositivo alcançou uma eficiência de conversão de energia de 20,25%, que os cientistas disseram ser a maior eficiência relatada em PSCs CsPbI3 com um P3HT HTL livre de dopante.
“O dispositivo demonstrou umidade superior e estabilidade operacional em termos de manutenção de 94% de sua eficiência inicial após o envelhecimento em condições de baixa umidade relativa do ar (UR) por 10.224 h e mais de 93% de eficiência após iluminação contínua por 570 h”, explicaram.
Eles descreveram a nova tecnologia celular e o processo de fabricação relacionado no estudo “Hydrogen-bonding-facilitated dimethylammonium extraction for stable and efficient CsPbI3 solar cells with environmentally benign processing“, publicado na Joule.
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