Células solares de perovskita a partir de fontes baratas, fáceis e verdes: uma abordagem sinérgica da síntese de novos materiais transportadores de buracos e do uso de solventes mais ecológicos

• Processo: 20/04406-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Vigência (Início): 01 de outubro de 2020
• Vigência (Término): 28 de fevereiro de 2025
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Ana Flávia Nogueira
• Beneficiário: Lucas Scalon
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Empresa Sede: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Química (IQ)
• Vinculado ao auxílio: 17/11986-5 - Divisão de Pesquisa 1 - Portadores Densos de Energia, AP.PCPE
• Bolsa(s) vinculada(s): 21/12104-1 - Revelando o papel dos espaçadores orgânicos quirais nas propriedades estruturais, fotofísicas e eletrônicas de estruturas de perovskita 2D e 3D/2D, BE.EP.DD
• Assunto(s): Células solares Perovskita Solventes
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: células solares de perovskita | Materiais Transportadores de Buracos | Passivação de Superfície | Solventes ecológicos | Células Solares

Resumo

A energia solar está em destaque entre as fontes alternativas e sustentáveis que podem suprir a crescente demanda de energia. Entre eles, as células solares de Perovskita (PSC) têm ganhado atenção. Parte desse interesse se deve ao aumento histórico em termos de eficiência de conversão de energia, passando de 3%, em 2009, para mais de 25% em 2019. Esse valor é maior que o obtido para as células à base de silício policristalino e é próximo as baseadas no monocristalino. Mesmo com esse cenário encorajador, a comercialização do PSC ainda não é viável. O alto custo de fabricação e a instabilidade sob condições ambientais são alguns dos principais problemas. Ambos podem ser associados ao uso do Spiro-OMeTAD (2,2',7,7'-tetraquis-(N,N-di-4-metoxifenilamino)-9,9'-spirobifluoreno) como material de transporte de buracos (HTM). Essa molécula representa quase 30% do custo total do dispositivo e requer o uso de agentes dopantes higroscópicos e termicamente instáveis para torná-lo adequado ao uso em PSC. Além disso, o uso de solventes tóxicos (por exemplo, dimetilformamida (DMF), dimetilsulfóxido (DMSO) e diclorometano) durante a preparação da camada de perovskita é outro problema que precisa ser contornado. Além de todas essas limitações, a presença de defeitos na interface perovskita-HTM leva ao acúmulo de carga e recombinação não-radiativa, que limitam a eficiência da PSC e resultam em histerese na curva de densidade de corrente versus tensão. Nessas perspectivas, são urgentes pesquisas focadas na redução de custos e do impacto ambiental da produção de PSCs, bem como na manipulação de interfaces visando a redução de defeitos e aumento da reprodutibilidade lote-a-lote dos dispositivos. Assim, esse projeto de doutorado visa sintetizar moléculas orgânicas funcionais, que podem ser usadas tanto como material de transporte de furos - como uma alternativa para o Spiro-OMeTAD - ou como uma molécula passivante na interface HTM-perovskita. Paralelamente, será estudado o uso e efeito de solventes ecológicos na preparação e processamento da camada ativa de perovskita. Essa abordagem sinérgica, que inclui alguns dos principais desafios relacionados as PSC, pode, no futuro, desempenhar um papel importante no que tange a fabricação industrial de tais dispositivos. (AU)