Células solares híbridas de perovskita de alta entropia alcançam 25,7% de eficiência

Pesquisadores da Universidade de Zhejiang, na China, desenvolveram uma perovskita invertida célula solar baseado em um material de perovskita híbrida de alta entropia (HEHP). Esta nova abordagem supostamente aumenta a estabilidade do dispositivo e exibe uma eficiência excepcional.

"Nosso trabalho destaca o potencial de uma estrutura de perovskita híbrida de alta entropia (HEHP) para melhorar a eficiência e a estabilidade das células solares de perovskita", disse Jingjing Xue, autor correspondente do estudo. "Esta estrutura apresenta componentes orgânicos altamente desordenados que fornecem ganho de entropia e exibem melhor estabilidade térmica e robustez estrutural em comparação com suas contrapartes ordenadas de componente único. A riqueza química dos componentes orgânicos oferece possibilidades adicionais para ajustar as propriedades das perovskitas e materiais relacionados."

Estabilidade e eficiência melhoradas

A equipe de pesquisa demonstrou que o novo material possui uma estrutura de perovskita multicomponente monofásica, oferecendo maior estabilidade de fase em altas temperaturas do que as perovskitas convencionais. A espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) confirmou a coexistência de diferentes cátions orgânicos no material proposto.

"O cristal único HEHP mostrou picos característicos de todos os cátions orgânicos que combinavam bem com os de uma mistura equimolar de todos os cinco cátions orgânicos", explicaram os cientistas. "Este único cristal pode ser melhor descrito como uma estrutura híbrida composta de estruturas inorgânicas ordenadas e intercamadas orgânicas desordenadas."

Construção aprimorada de dispositivos

Usando HEHP, os pesquisadores criaram um filme de perovskita com excelente resistência à água e umidade. Este filme foi então usado para construir uma célula solar de perovskita com arquitetura convencional, que incluía um substrato de óxido de índio e estanho (ITO), uma camada de transporte de elétrons (ETL) de óxido de estanho (SnO2), o absorvedor de perovskita, um espiro-OMeTAD- camada de transporte de furo com base e um contato de prata metálica (Ag). O desempenho deste dispositivo foi comparado a um dispositivo de referência com uma camada de perovskita semelhante, mas sem HEHP.

Métricas de desempenho superiores

Testado sob condições de iluminação padrão, o dispositivo baseado em HEHP alcançou:

• Eficiência: 25,7%
• Tensão de circuito aberto: 1,17 V
• Densidade de corrente de curto-circuito: 25,8 mA/cm²
• Fator de preenchimento: 85,2%

Em comparação, o dispositivo de referência alcançou:

• Eficiência: 23,2%
• Tensão de circuito aberto: 1,13 V
• Densidade de corrente de curto-circuito: 25,1 mA/cm²
• Fator de preenchimento: 81,7%

A célula baseada em HEHP manteve mais de 98% de seu original  eficiência mesmo após 1.000 horas.

"Atribuímos a melhoria na tensão de circuito aberto e no fator de preenchimento à redução da recombinação não radiativa e à melhoria da interface após a incorporação do HEHP", explicaram os cientistas. "A superioridade do HEHP sobre os componentes individuais na redução da interferência eletrônica pode ser atribuída à coexistência de múltiplos tipos de cátions do sítio A que podem interagir sinergicamente com vários defeitos."

Ampla aplicabilidade

A equipe está confiante de que o novo material de perovskita pode ser utilizado em várias composições de perovskita e arquiteturas celulares. "Isso pode servir como uma estratégia universal e tolerante a defeitos para melhorar o desempenho das células solares de perovskita em diferentes cenários, o que é fundamental para melhorar o rendimento de produção de dispositivos de perovskita na futura produção industrial em massa", concluiu a equipe.

Detalhes desse novo conceito de célula são relatados no estudo "Perovskitas híbridas de alta entropia com porções orgânicas desordenadas para células solares de perovskita", publicado na Nature Photonics.