Uso de carbono como contra eletrodo em células solares de perovskita baratas e estáveis

• Processo: 23/14502-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Estímulo a Vocações Científicas
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2024
• Data de Término da vigência: 20 de março de 2024
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Ana Flávia Nogueira
• Beneficiário: Islaine Elí Lima Gomes
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Assunto(s): Energia Energia solar Células solares Perovskita Eletrodos Carbono
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Eletrodo de carbono | Energia Solar | perovskita | Energia

Resumo

As células solares de perovskita (PSCs) representam uma tecnologia fotovoltaica promissora, devido as vantagens relacionadas às suas excelentes propriedades optoeletrônicas, e sobretudo, ao rápido aumento de eficiência de conversão de energia (PCE), de 3.9% (2009) para 26.1% (2023). Além disso, estes dispositivos possuem diversas facilidades em seu processo de fabricação, uma vez que todas as camadas podem ser processadas via solução empregando técnicas de deposição escalonáveis. Entretanto, as PSCs do tipo n-i-p (Glass/FTO/ETL/Perovskita/HTL/Au) tem apresentado alguns problemas relacionados a sua estabilidade e custo de fabricação, sobretudo ao uso do contra eletrodo de ouro (Au) e do Spiro-OMeTAD (2,2',7,7'-tetraquis-(N,N-di-4-metoxifenilamino)-9,9'-spirobifluoreno) como camada transportadora de buracos (HTL). Tanto o ouro como o Spiro-OMeTAD são materiais com alto custo. A deposição do contra eletrodo de ouro é feita através do uso de técnicas sofisticadas, como o processo de evaporação térmica sob alto vácuo. A síntese do Spiro-OMeTAD requer multiplas etapas e dispendiosa etapa de sublimação para purificação. Desta forma, tanto uso do ouro quanto do Spiro-OMeTAD tornam as PSCs pouco atraentes e inviáveis comercialmente. Uma das soluções encontradas tem sido o uso de materiais a base de carbono (MCs), que são abundantes, baratos, hidrofóbicos (e, portanto, mais robustos em condições ambientais), têm uma função de trabalho (5,0 eV) próxima à função de trabalho do ouro (5,1 eV) e dispensam o uso de uma camada transportadora de buracos. Uma outra vantagem é que os MCs são de fácil deposição o que possibilita o uso de técnicas de deposição como lâmina -revestimento e serigrafia, por exemplo, que são métodos de baixo custo e, sobretudo, escaláveis. Neste contexto, este projeto de vocações científicas foi preparado com o objetivo fabricar PSCs de larga escala (área ativa de 1 cm2), de baixo custo e estáveis, substituindo contra eletrodo de ouro por carbono (depositado pela técnica de blade-coating) e sem o uso da HTL. (AU)