Abrindo novos caminhos: alcançando tensão recorde com células solares de perovskita transparentes

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Stuttgart, na Alemanha, fez um avanço inovador no campo das células solares de perovskita. Eles desenvolveram com sucesso uma célula solar de perovskita transparente de junção única com uma tensão impressionante de 1,78 V, estabelecendo um novo recorde na indústria.

O principal componente desta célula é um material perovskita híbrido de cloreto de metilamina e chumbo (MAPbCl3), conhecido por seu bandgap de alta energia entre todas as perovskitas. Este material exclusivo abre possibilidades interessantes para células solares de perovskita de banda larga, tanto em aplicações como Internet das Coisas (IoT) e janelas solares, quanto em células solares multijunções.

Até agora, perovskitas de junção única com amplos bandgaps têm lutado para atingir altas tensões. A limitação reside na rápida cinética de cristalização e na baixa solubilidade dos precursores do material. Isto resulta numa cobertura incompleta do filme e numa morfologia irregular do filme.

Para superar essa limitação, a equipe de pesquisa empregou um método de deposição em duas etapas seguido de recozimento sob gás nitrogênio molecular (N2) dentro de um porta-luvas. Ao controlar a atmosfera de recozimento, eles foram capazes de influenciar a cinética de cristalização do MAPbCl3 sem afetar suas propriedades de volume. Este processo melhorou significativamente a cobertura da superfície e a uniformidade do filme.

A construção da célula solar envolveu várias camadas, incluindo um substrato de óxido de estanho dopado com flúor (FTO), uma camada de transporte de elétrons (ETL) baseada em dióxido de carbono-titânio (C/TiO2), uma camada mesoporosa de TiO2, o Absorvedor MAPbCl3, uma camada transportadora de furos Spiro-OMeTAD (HTL) e um contato metálico de ouro (Au).

Sob condições de iluminação padrão, a célula exibiu métricas de desempenho impressionantes. Ele alcançou uma eficiência de conversão de energia de 0,81%, uma tensão de circuito aberto de 1,71 V, uma densidade de corrente de curto-circuito de 0,73 mA cm-2 e um fator de preenchimento de 64,7%.

Notavelmente, a célula demonstrou uma tensão de circuito aberto extraordinariamente alta de 1,78 V, que é a mais alta já registrada para uma célula solar de perovskita baseada em MAPbCl3. Vale ressaltar que esta voltagem foi alcançada utilizando a camada convencional de transporte de furos spiro-OMeTAD, otimizada para bandgaps estreitos. Este resultado surpreendente indica que os mesmos contatos usados ​​para células solares de perovskita com eficiência recorde mundial e bandas estreitas podem sustentar tensões tão altas.

Os pesquisadores publicaram suas descobertas em um artigo recente intitulado "MAPbCl3 Light Absorber for High Voltage Perovskite Solar Cells", disponível na ACS Publications.

Esta conquista inovadora abre caminho para novos avanços em células solares de perovskita de alta tensão, aproximando-nos de soluções energéticas mais eficientes e sustentáveis. Com potencial para aplicações mais amplas e melhor desempenho, o futuro das células solares de perovskita parece mais brilhante do que nunca.