Nova célula solar de perovskita 3D atinge 26,25% e 24 000 horas

Tecnologia de perovskita 3D com desempenho recorde

Pesquisadores da Universidade Nacional de Seul, da Universidade da Coreia e da Universidade de Toledo desenvolveram uma nova célula solar tridimensional (3D) de perovskita com eficiência superior a 26% e vida útil acima de 24 000 horas em testes de laboratório. O estudo saiu na Nature Energy e é visto como um avanço importante para a fotoenergia baseada em perovskitas - uma tecnologia considerada uma alternativa potencialmente mais eficiente e mais barata aos painéis solares de silício.

O principal obstáculo: instabilidade sob luz, calor e humidade

O maior desafio dessas células é a instabilidade: elas podem degradar rapidamente quando expostas à luz, ao calor e à humidade. Por isso, grupos de pesquisa vêm procurando maneiras de tornar a estrutura desses dispositivos mais robusta.

Nesta pesquisa, foram combinados dois tipos de materiais: perovskitas 3D e 2D. A perovskita 3D funciona como a camada principal, que absorve bem a luz e a converte em eletricidade. Já a perovskita 2D é aplicada como camadas finas de proteção e melhoria, posicionadas sobre ou próximas ao material 3D, ajudando a aumentar a estabilidade do conjunto.

Arquitetura com coleta de carga em dois lados do material ativo

Os autores propuseram um desenho em que as camadas de coleta de carga ficam em ambos os lados da camada ativa. Essa configuração reduz perdas de energia, mas, até então, era difícil fazê-la funcionar de forma estável.

A solução foi empregar perovskitas 2D, que além de aprimorarem as interfaces entre as camadas, também apresentam melhor desempenho com luz de comprimento de onda curto.

Contato 2D/3D e reorganização cristalina com aquecimento

Um ponto interessante observado foi que até o simples contato entre as camadas 2D e 3D já altera as propriedades do material. E, quando aquecida, a estrutura da camada 3D se reorganiza, formando uma fase cristalina mais ordenada e estável.

Com isso, foi possível obter uma célula solar com eficiência de 26,25% e estabilidade muito alta - cerca de 24 000 horas de operação em testes acelerados. Para tecnologias de perovskita, que normalmente degradam com rapidez, trata-se de um resultado expressivo.

Escalabilidade e próximos passos com células solares em tândem

Outro aspecto relevante é que o método descrito pode ser escalado para produção industrial. Agora, a equipa avalia como aplicar a tecnologia em células solares em tândem, nas quais é necessário combinar múltiplas camadas para alcançar eficiência ainda maior.