Pesquisadores do Instituto de Pesquisa de Energia Solar de Singapura (SERIS) afirmam ter alcançado uma eficiência de conversão de energia recorde de 26,4% para uma célula solar tandem baseada em uma célula inferior de perovskita de banda larga e um dispositivo superior orgânico de banda estreita.
“A célula tandem recém-projetada atingiu uma eficiência de conversão de energia de 27,5% em amostras de 0,05 cm² e 26,7% em dispositivos de 1 cm², com o resultado de 26,4% certificado de forma independente”, disseram os cientistas, sem revelar o nome do órgão certificador. “Essas descobertas marcam o maior desempenho certificado até o momento entre células de perovskita-orgânica, perovskita-CIGS e perovskita de junção única em tamanho comparável.”
O resultado foi possível graças a um novo tipo de absorvedor orgânico na célula inferior, que supostamente aumenta “significativamente” a coleta de fótons no infravermelho próximo (NIR) graças a um aceptor não fulereno assimétrico (NFA) conhecido como P2EH-1V. Este utiliza uma ponte π conjugada unilateral para reduzir a banda óptica da célula para 1,27 eV, mantendo a dissociação e a nanomorfologia “ideais” do éxciton e garantindo a transferência de lacunas para o doador de elétrons PBDB-T-2F (PM6).
Graças a esse design, a célula orgânica conseguiu atingir uma eficiência de conversão de energia de 17,9% e uma alta densidade de corrente de curto-circuito de 28,60 mA cm². Utilizando espectroscopia ultrarrápida e análises de física de dispositivos, a equipe de pesquisa descobriu que o NFA permite a absorção em profundidade na região do infravermelho próximo, mantendo uma força motriz suficiente para uma separação eficiente de cargas e promovendo o empacotamento molecular ordenado, alcançando assim a coleta de portadores de carga livres com perda mínima de energia.
Os cientistas utilizaram duas camadas com um interconector de óxido condutor transparente (TCO) para conectar a célula orgânica a uma célula superior de perovskita com uma tensão de circuito aberto de 1,37 V e um fator de preenchimento de 85,5%. “Esses avanços resultam em células solares tandem de perovskita e orgânicas atingindo uma eficiência recorde de 26,7% (certificada em 26,4%) em uma área de abertura maior que 1 cm²”, afirmaram os cientistas.
“Com eficiências que podem ultrapassar 30%, esses filmes flexíveis são ideais para produção rolo a rolo e integração perfeita em substratos curvos ou de tecido — pense em adesivos de saúde autoalimentados que coletam luz solar para acionar sensores a bordo, ou tecidos inteligentes que monitoram dados biométricos sem a necessidade de baterias volumosas”, disse o pesquisador do SERIS, Hou Yi. “Graças ao seu formato leve e flexível, as células solares tandem de perovskita-orgânica são ideais para alimentar aplicações que são executadas diretamente em dispositivos como drones, eletrônicos vestíveis, tecidos inteligentes e outros dispositivos habilitados para IA.”
O dispositivo foi descrito no artigo ““Efficient near-infrared harvesting in perovskite–organic tandem solar cells”, publicado recentemente na Nature.
Em dezembro, pesquisadores da Universidade de Potsdam, na Alemanha, e da Academia Chinesa de Ciências afirmaram ter alcançado uma eficiência de 25,7% para uma célula solar tandem baseada na mesma configuração.
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