Pesquisadores brasileiros desenvolveram um método para aumentar a eficiência e durabilidade das células solares de perovskita, incorporando MXenes na estrutura das células. Este avanço, documentado no Journal of Materials Chemistry C, promete melhorias significativas na tecnologia de células solares, com impactos potenciais na produção industrial e nos esforços de sustentabilidade.
Um estudo realizado por pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp) trouxe resultados que podem beneficiar significativamente o futuro do setor de energia solar.
Em artigo publicado no Revista de Química de Materiais C, Pesquisadores brasileiros descrevem uma estratégia para aumentar a eficiência e a estabilidade de células solares feitas de perovskita, material semicondutor produzido em laboratório. Os resultados do projeto podem ser altamente positivos para o futuro do setor de energia solar.
Desenvolvido por pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp) em Bauru, Brasil, o método envolve o uso de uma classe de materiais conhecida como MXenes, uma família de materiais bidimensionais com uma grafenoestrutura semelhante a uma combinação de metais de transição, carbono e/ou nitrogênio e grupos funcionais de superfície, como flúor, oxigênio ou hidroxila. Suas propriedades incluem alta condutividade elétrica, boa estabilidade térmica e alta transmitância (relacionada à quantidade de luz que passa através de uma substância sem ser refletida ou absorvida).
O método desenvolvido na UNESP envolve a utilização de uma classe de materiais chamada MXenes. Crédito: CDMF
No estudo, o MXene Ti3C2Tx foi adicionado ao polimetilmetacrilato (PMMA) para formar um revestimento de passivação, que foi revestido por rotação no topo da camada de perovskita de células solares invertidas. Os revestimentos de passivação são projetados para mitigar possíveis defeitos em sólidos policristalinos (neste caso perovskita) devido à interação com o meio ambiente ou à sua estrutura interna. As células solares de perovskita têm uma estrutura em camadas, e a ordem das camadas (arquitetura) é crucial para o seu desempenho. Em uma célula solar invertida, a arquitetura do dispositivo é invertida para garantir alta transparência óptica à medida que a luz solar atinge a camada de perovskita.
Maior eficiência e estabilidade
O uso de Ti3C2Tx aumentou a eficiência de conversão de energia das células de 19% para 22%. Também aumentou a estabilidade das células, que duraram três vezes mais sem prejudicar o desempenho em comparação com as células de controle (sem a camada de passivação).
Para João Pedro Ferreira Assunção, primeiro autor do artigo e mestrando do programa de pós-graduação em ciência e tecnologia de materiais da UNESP, os resultados foram surpreendentes porque o objetivo inicial do projeto era apenas remediar a queda de desempenho causada pela adição da camada isolante de passivação.
A pesquisa sobre células solares de perovskita está atualmente focada em como conceber sistemas de produção industrial em larga escala para fabricar células estáveis de alto desempenho. “O artigo mostra que a adição do MXene pode ser viável em condições de produção em massa e aponta uma forma de conseguir isso. Também descreve diversas técnicas de caracterização elétrica, morfológica e estrutural que exploramos para aumentar a compreensão científica de como essa complexa classe de dispositivos se comporta e funciona”, disse Assunção.
O estudo é um passo promissor em direção aos objetivos de sustentabilidade de produzir energia limpa, mitigar o impacto ambiental e tornar o Brasil um produtor industrial líder de células solares, acrescentou.
Reference: “Interface passivation with Ti3C2Tx-MXene doped PMMA film for highly efficient and stable inverted perovskite solar cells” by João Pedro F. Assunção, Hugo G. Lemos, Jéssica H. H. Rossato, Gabriel L. Nogueira, João V. M. Lima, Silvia L. Fernandes, Rafael K. Nishihora, Ricardo V. Fernandes, Sidney A. Lourenço, Diego Bagnis, Sydney F. Santos and Carlos F. O. Graeff, 28 November 2023, Revista de Química de Materiais C.
DOI: 10.1039/D3TC03810F
Algumas partes do estudo, como a caracterização do material por espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS), foram realizadas no Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepid) financiado pela FAPESP e hospedado pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).
