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

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.