Desenvolvimento de filmes de perovskitas e de Nb2O5 visando estabilidade das células solares de perovskitas

• Processo: 22/10998-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2022
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Carlos Frederico de Oliveira Graeff
• Beneficiário: Gabriel Leonardo Nogueira
• Instituição Sede: Faculdade de Ciências (FC). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Bauru. Bauru , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 20/12356-8 - Otimização da estabilidade de células solares de perovskitas, AP.TEM
• Assunto(s): Células solares Estabilidade Perovskita
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Células Solares | estabilidade | Nb2O5 | perovskita | Dispositivos fotovoltaicos

Resumo

O advento dos materiais de perovskitas híbridas de haleto de chumbo excitou a comunidade cientifica fotovoltaica devido à eficiência de conversão de luz solar em eletricidade, que saltou de 3,8% em 2009 para os atuais 25%. Este progresso sem precedentes e em tão pouco tempo, juntamente com seu notável desempenho e sua fácil fabricação, marcou o início de uma nova era nas tecnologias optoeletrônicas. Embora a rica versatilidade dos materiais de perovskita e a diversidade na arquitetura dos dispositivos promovam uma visão convidativa à comercialização, a instabilidade em presença de umidade, ar, calor ou exposição prolongada à luz solar, vem retardando o processo de desenvolvimento e comercialização das células solares de perovskitas, impedindo-as de alcançar novos recordes em eficiência e aplicações práticas. Entre os compostos híbridos orgânico-inorgânico de haleto de chumbo e cátions orgânicos, o material mais conhecido e explorado é o iodeto de chumbo e metilamônio (CH3NH3PbI3). A baixa estabilidade desses compostos pode estar relacionada as fracas interações entre a estrutura de haleto de chumbo e os cátions orgânicos, resultando em produtos solúveis em água. Assim, a substituição de cátions orgânicos por íons inorgânicos que estabilizem a estrutura da perovskita, como o césio (Cs), é um caminho promissor. Excelentes resultados vêm sendo obtidos com o uso do Cs, porém o uso de potássio (K) é pouco explorado. Além disso, os demais materiais que compõem as células, como os transportadores de elétrons (ETL) e de buracos (HTL), podem contribuir para a instabilidade geral do dispositivo. Por exemplo, o uso de dióxido de titânio TiO2 como ETL em presença da luz UV gera radicais superóxidos que decompõem a perovskita. Assim, propõe-se a formação de perovskitas com maior estabilidade através da substituição de íons da perovskitas e a montagem das células usando ETLs com elevada estabilidade, como o óxido de nióbio (Nb2O5). Em adição, o estudo dos princípios de funcionamento básico das células solares da perovskita está muito atrás do seu desenvolvimento técnico, o que é muito necessário, mas ainda faltam informações. Uma compreensão abrangente do mecanismo de funcionamento desses materiais facilitará a comercialização dos dispositivos.

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

ASSUNCAO, JOAO PEDRO F.; LEMOS, HUGO G.; ROSSATO, JESSICA H. H.; NOGUEIRA, GABRIEL L.; LIMA, JOAO V. M.; FERNANDES, SILVIA L.; NISHIHORA, RAFAEL K.; FERNANDES, RICARDO V.; LOURENCO, SIDNEY A.; BAGNIS, DIEGO; et al. Interface passivation with Ti₃C₂T_x-MXene doped PMMA film for highly efficient and stable inverted perovskite solar cells. JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C, v. 12, n. 2, p. 13-pg., 2023-11-28. (20/12356-8, 20/16470-0, 21/03379-7, 22/10998-8, 13/07296-2, 19/22183-6, 20/15632-6)