Filmes de perovskita mais suaves aumentam a eficiência das células solares de três camadas para 30,1%
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As células solares, dispositivos que convertem a energia da luz solar em eletricidade, estão a ser implantadas em números crescentes em muitos países. Embora a maioria das células no mercado hoje sejam baseadas em silício, estudos recentes destacaram o potencial de uma classe de materiais fotovoltaicos chamados perovskitas.
As perovskitas são compostos com uma estrutura cristalina característica que podem produzir altas eficiências de conversão de energia e reduzir o custo das células solares. O empilhamento de camadas de perovskita que absorvem luz com diferentes bandgaps (ou seja, energias mínimas necessárias para excitar elétrons dentro dos materiais) poderia capturar uma porção mais ampla da luz solar do que uma única camada.
As células monolíticas de junção tripla são compostas por três subcélulas eletricamente conectadas e absorventes de luz, com diferentes bandgaps. Até agora, a produção de perovskitas uniformes e de alta qualidade com bandgap ultralargo tem se mostrado difícil, prejudicando o desempenho de células de junção tripla totalmente perovskita.
Pesquisadores da Universidade de Nanjing, do Instituto Nacional de Inovação em Tecnologia de Defesa, da Universidade Nacional Australiana e de outros institutos introduziram recentemente uma estratégia de processamento que poderia produzir filmes de perovskita mais uniformes e com menos defeitos. A estratégia, delineada num artigo publicado na Nature Energy, permitiu o desenvolvimento de células solares de junção tripla com maior eficiência e melhor estabilidade operacional.
"O estudo começou a partir de um gargalo importante nas células solares de junção tripla totalmente perovskita: a produção de uma subcélula de perovskita grande e de alta qualidade (> 2,0 eV)", disse Yongxi Li, co-autor sênior do artigo, ao Tech Xplore.
"O alto teor de brometo neste material de perovskita causa cristalização irregular, enrugamento superficial e segregação de haleto, levando a perdas substanciais de tensão. Tentamos resolver esses problemas por meio de uma única estratégia de controle de cristalização e, assim, desbloquear o potencial de eficiência de dispositivos de junção tripla totalmente perovskita. "
Li e seus colegas queriam desenvolver uma estratégia que pudesse produzir filmes de perovskita ultralargos com menos rugas e defeitos. A sua abordagem combina a seleção cuidadosa dos solventes utilizados para produzir os filmes com a introdução de pequenas quantidades de cloreto de oleilamónio.
"Em filmes não tratados, a superfície rica em brometo cristaliza antes do material rico em iodeto por baixo, como uma película rígida formando-se sobre um revestimento ainda úmido", explicou Li. "Usamos um tratamento com solvente cuidadosamente balanceado para reconstruir e suavizar suavemente a superfície, enquanto o cloreto introduzido temporariamente ajudou a sincronizar a incorporação de brometo e iodeto durante a cristalização."
Os pesquisadores examinaram os filmes produzidos usando diversas técnicas, incluindo ferramentas de microscopia, métodos de mapeamento químico e medições fotofísicas. Suas análises mostraram que os filmes tinham superfícies mais lisas e distribuições de halogenetos mais uniformes. Os filmes também exibiram perdas de energia reduzidas e melhorou o transporte de portadores de carga.
A equipe incorporou os filmes em células solares de junção tripla totalmente perovskita e testou seu desempenho. Suas descobertas foram altamente promissoras, com as células alcançando notáveis eficiências de conversão de energia e retendo mais de 90% de sua eficiência inicial após 569 horas de operação contínua no ponto de potência máxima sob luz solar simulada.
“A célula otimizada de 2,0 eV atingiu uma tensão de circuito aberto de 1,46 V”, disse Li. "Quando combinado com subcélulas de 1,60 eV e 1,22 eV, ele permitiu uma célula solar monolítica de junção tripla totalmente perovskita com eficiência de 30,1% e uma eficiência certificada independentemente de 29,3%. Até onde sabemos, este é o primeiro dispositivo de junção tripla totalmente perovskita de dois terminais a exceder 30% de eficiência."
O estudo pode abrir novas possibilidades para energia fotovoltaica multijunção fina, leve e flexível com subcélulas absorventes de luz baseadas em perovskita. A equipe planeja melhorar ainda mais sua abordagem de processamento e usá-la para criar mais células solares multijunções.
Até agora, a equipe testou as células produzidas em laboratório. Em estudos futuros, os pesquisadores gostariam de avaliar o desempenho das células em condições operacionais mais realistas.
“Planejamos reduzir ainda mais as perdas de tensão e fator de preenchimento, melhorar a correspondência de corrente e estender a abordagem para dispositivos escaláveis e de área maior”, acrescentou Li. "Outra prioridade é desenvolver módulos flexíveis e leves com alta potência por unidade de massa. Para potenciais aplicações espaciais, também avaliaremos sua confiabilidade sob radiação, exposição ultravioleta, vácuo e ciclos térmicos, em vez de confiar apenas na eficiência inicial."
Escrito para você por nossa autora Ingrid Fadelli, editado por Gaby Clark e verificado e revisado por Robert Egan – este artigo é o resultado de um trabalho humano cuidadoso. Contamos com leitores como você para manter vivo o jornalismo científico independente. Se este relatório for importante para você, considere fazer uma doação (especialmente mensal). Você receberá uma conta sem anúncios como forma de agradecimento.
Yuhong Zhang et al, Controle de cristalização de perovskitas bandgap de 2,0-eV para células solares de junção tripla totalmente perovskita, Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02135-1. Informações da revista: Nature Energy
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