As células solares de perovskita são altamente eficientes e de baixo custo de produção. No entanto, eles ainda não têm estabilidade ao longo das décadas em condições climáticas reais. Uma colaboração internacional de pesquisa liderada pelo Prof. Antonio Abate agora publicou uma perspectiva sobre este tópico na revista A natureza analisa os materiais. Eles exploraram os efeitos de múltiplos ciclos térmicos nas microestruturas e interações entre diferentes camadas de células solares de perovskita. Eles concluem que o estresse térmico é o fator decisivo na degradação de perovskitas de halídeo de metallic. Com base nisso, eles derivam as estratégias mais promissoras para aumentar a estabilidade a longo prazo das células solares de perovskita.
Os perovskitas são uma ampla classe de materiais com propriedades semicondutores adequadas para conversão de energia em uma célula photo voltaic: as melhores, os perovskitas de halídeo de metallic, já oferecem eficiências de até 27%. A produção dessas células solares de filme fino requer particularmente pouca materials e energia, para que a energia photo voltaic possa se tornar consideravelmente mais barata. No entanto, quando usados ao ar livre, os módulos solares devem fornecer um rendimento quase estável por pelo menos 20 a 30 anos. E aqui, ainda há muito espaço para melhorar os materiais de perovskita.
Resultados de vários anos
Uma colaboração internacional de pesquisa liderada pelo Prof. Antonio Abate agora publicou os resultados de vários anos de trabalho em um artigo de revisão no diário Natureza Revisões Materiais. Juntamente com uma equipe liderada pelo Prof. Meng Li, Henan College, China e outros parceiros na Itália, Espanha, Reino Unido, Suíça e Alemanha, eles mostram que o estresse térmico é o fator decisivo na degradação de perovskitas de halídeo de metallic.
Condições duras em “vida actual”
“Quando usados ao ar livre, os módulos solares são expostos ao clima e às estações”, diz Abate. Embora o encapsulamento possa proteger efetivamente as células da umidade e do oxigênio atmosférico, elas ainda são expostas a variações de temperatura bastante grandes dia e noite e durante todo o ano. Dependendo das condições geográficas, as temperaturas dentro das células solares podem variar de menos de 40 graus Celsius a mais 100 graus Celsius (no deserto, por exemplo).
Efeitos de diferenças extremas de temperatura estudadas
Para simular isso, as células solares de perovskita no estudo foram expostas a diferenças de temperatura muito mais extremas em vários ciclos: de menos 150 graus Celsius a mais 150 graus Celsius e de novo e de novo. O Dr. Guixiang Li (então um pós -doutorado na HZB, agora professor da Southeast College, China) investigou como a microestrutura dentro da camada de perovskita mudou durante os ciclos e até que ponto as interações com as camadas vizinhas também foram afetadas pelos ciclos de temperatura.
Estresse térmico dentro do filme de perovskita e entre camadas
Juntos, esses fatores afetam o desempenho da célula. Em explicit, os ciclos de temperatura causaram estresse térmico, ou seja, estresse dentro do filme fino de perovskita e entre as diferentes camadas adjacentes: ‘Em uma célula photo voltaic perovskita, camadas de materiais muito diferentes precisam estar em contato perfeito; Infelizmente, esses materiais geralmente têm comportamentos térmicos bem diferentes “, explica diminuindo. Por exemplo, os plásticos tendem a encolher quando aquecidos, enquanto os materiais inorgânicos tendem a se expandir. Isso significa que, em cada ciclo, o contato entre as camadas fica pior. Além disso, também foram observadas transições de fase native e difusão de elementos em camadas adjacentes.
Estratégia mais promissora
A partir disso, as equipes de pesquisa derivaram uma estratégia para aumentar a estabilidade a longo prazo das células solares de perovskita. “O estresse térmico é a chave”, diz Abate. A principal coisa, portanto, é tornar as estruturas de perovskita e as camadas adjacentes mais estáveis contra o estresse térmico, por exemplo, aumentando a qualidade cristalina, mas também usando camadas tampão adequadas. Os cientistas destacam a importância de protocolos de teste uniformes para avaliar a estabilidade em ciclo de temperatura e propõem uma abordagem para facilitar a comparação entre diferentes estudos.
