Notícia

Pesquisadores criam ‘sementes’ para o cultivo de cristais de perovskita para coletores de energia solar

Fonte

Universidade Rice

Data

sexta-feira, 25 junho 2021 07:40

Áreas

Energia. Nanotecnologia. Química.

Engenheiros da Universidade Rice, nos Estados Unidos, criaram ‘sementes’ microscópicas para o cultivo de cristais de perovskita 2D notavelmente uniformes que são estáveis e altamente eficientes na coleta de eletricidade da luz solar.

As perovskitas de haleto são materiais orgânicos feitos de ingredientes abundantes e baratos, e o método de crescimento de ‘sementes’ da Universidade Rice pode ser uma solução para problemas de desempenho e produção que têm inviabilizado a tecnologia fotovoltaica de perovskita de haleto.

Em um estudo publicado na revista científica Advanced Materials, engenheiros químicos da Escola de Engenharia da Universidade Rice descrevem como desenvolver as ‘sementes’ e usá-las para cultivar filmes finos homogêneos, materiais altamente procurados compostos por camadas de espessura uniforme. Em testes de laboratório, dispositivos fotovoltaicos feitos de filmes mostraram-se eficientes e confiáveis, uma combinação anteriormente problemática para dispositivos feitos de perovskitas 3D ou 2D.

“Nós desenvolvemos um método onde você pode realmente adaptar as propriedades dos filmes macroscópicos, primeiro adaptando o que você coloca em solução”, disse o Dr. Aditya Mohite, coautor do estudo e professor de Engenharia Química e Biomolecular e de Ciência dos Materiais e Nanoengenharia na Universidade Rice. “Você pode chegar a algo muito homogêneo em seu tamanho e propriedades, o que leva a uma maior eficiência. Obtivemos eficiência de dispositivo quase de última geração para o caso 2D de 17%, e isso sem otimização. Achamos que podemos melhorar isso de várias maneiras”, continuou o pesquisador.

O Dr. Mohite disse que conseguir filmes homogêneos de perovskitas 2D tem sido um grande desafio para a comunidade de pesquisa fotovoltaica de perovskita halogenada, que cresceu bastante na última década. “Espera-se que os filmes homogêneos levem a dispositivos optoeletrônicos com alta eficiência e estabilidade tecnologicamente relevante”, disse o professor.

Os filmes fotovoltaicos de alta eficiência cultivados na universidade provaram ser bastante estáveis, preservando mais de 97% de sua eficiência de pico após 800 horas sob iluminação sem qualquer gerenciamento térmico. Em pesquisas anteriores, os dispositivos fotovoltaicos de perovskita de haleto 3D foram altamente eficientes, mas sujeitos a degradação rápida, e os dispositivos 2D não tinham eficiência, mas eram altamente estáveis.

O estudo também detalhou o processo de crescimento semeado – um método que está ao alcance de muitos laboratórios, disse a Dra. Amanda Marciel, coautora do estudo e professora de Engenharia Química e Biomolecular na Universidade Rice.

O nome perovskita se refere a um mineral específico descoberto na Rússia em 1839 e a qualquer composto com a estrutura cristalina desse mineral. Por exemplo, perovskitas halogenadas podem ser feitas misturando chumbo, estanho e outros metais com sais de brometo ou iodeto. O interesse de pesquisa em perovskitas halogenadas disparou depois que seu potencial para energia fotovoltaica de alta eficiência foi demonstrado em 2012.

“A ideia de que uma memória ou história – uma espécie de ‘semente’ genética – pode ditar as propriedades dos materiais é um conceito poderoso na ciência dos materiais. Muitos modelos funcionam assim. Se você deseja cultivar um cristal de diamante ou silício, por exemplo, você precisa da semente de um único cristal que pode servir como modelo”, destacou o Dr. Aditya Mohite.

Embora o crescimento semeado tenha sido frequentemente demonstrado para cristais inorgânicos e outros processos, O Dr. Mohite disse que esta é a primeira vez que é aplicado em perovskitas 2D orgânicas.

O processo de cultivo de filmes de perovskita 2D a partir de sementes é idêntico em vários aspectos ao processo clássico de cultivo de tais filmes. No método tradicional, os precursores químicos são medidos como os ingredientes em uma cozinha – X partes do ingrediente A, Y partes do ingrediente B e assim por diante – e estes são dissolvidos em um solvente líquido. A solução resultante é espalhada em uma superfície plana por meio de revestimento por rotação, uma técnica amplamente usada que depende da força centrífuga para espalhar uniformemente os líquidos em um disco girado rapidamente. À medida que o solvente se dissolve, os ingredientes misturados se cristalizam em uma película fina.

O Dr. Mohite disse que a pesquisa produziu algo que é frequentemente tentado e raramente alcançado na pesquisa de nanomateriais – um método de ‘automontagem’ para fazer materiais macroscópicos que cumprem a ‘promessa’ das nanopartículas individuais das quais são compostos.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Rice (em inglês).

Fonte: Jade Boyd, Universidade Rice. Imagem: Uma película fina de cristais de perovskita de haleto 2D de espessura uniforme. Os engenheiros da Unviersidade Rice descobriram um método de automontagem para produzir os filmes a partir de ‘sementes’, peças submicroscópicas de cristais 2D que servem como modelos. Fonte: Jeff Fitlow, Universidade Rice.