As células solares amorfas com tecnologia FIDO são mais eficientes, estáveis e leves. Crédito: Yutaka Matsuo
Um novo material chamado fulereno indanonas (FIDO) foi criado por uma equipe de pesquisa japonesa, oferecendo maior durabilidade e eficiência para células solares de próxima geração, com aplicações potenciais que se estendem a fotodiodos e fotodetectores orgânicos.
Um grupo liderado por pesquisadores da Universidade de Nagoia no Japão criou um material à base de indanonas de fulereno (FIDO), que promete melhorar a durabilidade das células solares da próxima geração. A durabilidade tem sido um dos maiores obstáculos na sua aplicação prática e comercialização. Os pesquisadores publicaram suas descobertas no Jornal da Sociedade Química Americana.
Células solares de perovskita: o futuro da energia solar
A próxima geração de células solares provavelmente usará células baseadas em perovskita. Estas células baseadas em cristais são altamente eficientes, gerando eletricidade mesmo em ambientes fechados sob condições de pouca luz. Elas também são mais leves e flexíveis que as células solares convencionais de silício. Como resultado, são mais adequados para instalação em superfícies verticais, como janelas e paredes.
O papel do fulereno na inovação solar
Muitas das propriedades únicas dessas células solares vêm do fulereno (C60). Seu formato único, que lembra uma bola de futebol, torna o fulereno instantaneamente reconhecível. Fulerenos são baseados em carbono semicondutores que podem canalizar elétrons para criar energia, tornando-os essenciais para a eletrônica orgânica. Os pesquisadores podem anexar moléculas orgânicas aos fulerenos para melhorar sua função eletrônica, criando assim derivados com propriedades diferentes.
Apresentando FIDO: um material estável e eficiente
O grupo liderado pelo professor Yutaka Matsuo, dos Institutos de Inovação para a Sociedade do Futuro, adicionou indanona ao fulereno para criar FIDOs. A indanona é um composto útil em reações. Possui uma estrutura única de anéis fundidos que criam fortes ligações de carbono entre o fulereno e a parte benzênica da indanona. Isto cria um arranjo com excelente estabilidade mesmo quando aquecido.
Avanços na tecnologia de materiais amorfos
Usando FIDO, Matsuo e seus colaboradores controlaram o filme para criar um material amorfo em vez do material cristalino mais comum encontrado nas células solares de silício usadas atualmente. Os materiais amorfos têm uma estrutura mais aleatória do que os cristais cuidadosamente organizados. Essa aleatoriedade permite que filmes amorfos sejam projetados para terem propriedades específicas, ajustando as condições de deposição e adaptando as características elétricas do filme para atender aos requisitos da tecnologia de células solares.
Quando compararam a nova tecnologia com um filme padrão, descobriram que o novo filme tinha muitas vantagens. Ao contrário do filme convencional, era mais eficiente e estável, e essas propriedades não se degradavam. É importante ressaltar que não houve diminuição na eficiência de conversão.
Amplas implicações para a tecnologia fotovoltaica
“Nosso filme amorfo não cristaliza com o aquecimento e apresenta excelente estabilidade morfológica”, disse Matsuo. “Um problema dos filmes é que quando aquecidos a 150°C, o grau de cristalização aumenta. Nosso filme recém-desenvolvido é um filme fino amorfo após a deposição e permanece amorfo mesmo quando aquecido.”
O grupo vê uma variedade de usos para sua técnica. “Espera-se que esses derivados de fulereno sejam usados não apenas em células solares de perovskita, mas também em elementos de conversão fotoelétrica, como fotodiodos orgânicos e em fotodetectores orgânicos”, disse Matsuo. “Os fotodetectores orgânicos contribuem para a alta resolução dos sensores de imagem nas câmeras e serão utilizados na autenticação de impressões digitais em telas de smartphones, permitindo o desbloqueio a partir de qualquer parte da tela tocada pelo dedo.”
Referência: “Indanonas de Fullereno Evaporáveis com Morfologia Amorfa Controlada como Camadas de Transporte de Elétrons para Células Solares de Perovskita Invertida” por Qing-Jun Shui, Shiqi Shan, Yong-Chang Zhai, Shinobu Aoyagi, Seiichiro Izawa, Miftakhul Huda, Chu-Yang Yu, Lijian Zuo , Hongzheng Chen, Hao-Sheng Lin e Yutaka Matsuo, 8 de dezembro de 2023, Jornal da Sociedade Química Americana.
DOI: 10.1021/jacs.3c07192
