Células solares de alto desempenho baseadas em perovskitas híbridas orgânica-inorgânica

• Processo: 15/15615-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2016
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2016
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Ana Flávia Nogueira
• Beneficiário: Ramesh Mohan
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Assunto(s): Polímeros condutores Semicondutores orgânicos Células solares Perovskita
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: células solares de perovskita | células solares de TiO2 | células solares orgânicas | perovskita | polímeros condutores | semicondutores orgânicos | células solares

Resumo

As fontes de energia renováveis, como luz solar, vento, marés e calor geotérmico são recursos abundantes e entre estes, a conversão de energia solar em eletricidade é uma das rotas mais promissoras para atender à demanda de uma população em crescimento e sua industrialização. A indústria existente responsável pela fabricação de células solares tem enfrenta um desafio crucial para produzir energia a baixo custo. Células solares de filmes finos, híbridos orgânico-inorgânico de perovskita são uma possível solução para resolver essas questões. Esse tipo de célula solar tem uma eficiência de 20% (PCE), tal recorde nunca alcançado por nenhuma tecnologia fotovoltaica em tão pouco tempo. Embora existam muitos progressos nas células solares que utilizam perovskitas baseadas em healetos como contra-íons, podemos citar as principais: baixa estabilidade em condições ambientes, o uso de óxido de índio-estanho (ITO) que aumenta o custo de produção e a alta toxicidade do chumbo. Para ultrapassar estes problemas, os objetivos desse projeto estão centrados em três direções: (i) melhorar a estabilidade ambiental com a manutenção do PCE de 20%, (ii) montar dispositivos sem ITO e (iii) substituir o Pb altamente tóxico.O fator de instabilidade em condições ambientes será investigado pelos seguintes métodos: (i) fabricação de filmes híbridos de perovskitas com área cristalina maior (cristais grandes) e mais densa (ii) trocando os cátions de metilamônio, (iii) introdução de uma fina camada de polímero dielétrico acima da camada ativa e (iv) adição de aditivos no precursor de halogeneto do organo-metal. Também está proposto a realização de um dispositivo de maior área sem ITO, com áreas de 1 , 3 , 5 , e 10 cm2, mantendo ou atingindo uma eficiência superior a 7 %. O susbtrato de ITO será substituído pelo polímero condutor poli (3,4-etilenodioxitiofeno):poli(estireno) (PEDOT: PSS), por camadas de metal e/ou camadas de metal e/ou camadas tipo sanduíche de metal e óxidos (OMO) [O, tais como WO3, MoO3 e M tal como Au, Ag, Al]. Finalmente, chumbo tóxico será substituído pela mistura (Sn, Pb), além da preparação e caracerização de perovskitas baseadas em Sn formando a estrutura do tipo p com o intervalo de banda de 1,23, 1,3 e 1.41eV: CH3NH3SnX3, CsSnX3 e FASnX3 (onde X = Cl, Br, I), respectivamente. O proponente tem experiência em célula solar perovskita desde 2014, tendo publicado 2 artigos nessa área.