Um revestimento de spray poderia abrir caminho para células solares mais baratas

Um revestimento de spray poderia abrir caminho para células solares mais baratas

Pesquisadores afirmam ter resolvido um grande desafio de fabricação para as células da perovskita - os intrigantes potenciais adversários para as células solares baseadas em silício.

Essas estruturas cristalinas são muito promissoras porque podem absorver quase todos os comprimentos de onda da luz. As células solares de perovskita já são comercializadas em pequena escala, mas recentes melhorias na eficiência de conversão de energia (PCE) estão gerando interesse em usá-las como alternativas de baixo custo para painéis solares.

No papel em Nanoescala, a equipe de pesquisa revela um novo meio escalável de aplicar um componente crítico às células de perovskita para resolver alguns dos principais desafios de fabricação. Os pesquisadores aplicaram a camada crítica de transporte de elétrons (ETL) em células fotovoltaicas de perovskita de uma nova maneira - revestimento em spray - para imbuir o ETL com condutividade superior e uma forte interface com o vizinho, a camada de perovskita.

A maioria das células solares são “sanduíches” de materiais em camadas de tal forma que quando a luz atinge a superfície da célula, excita elétrons em material carregado negativamente e configura uma corrente elétrica movendo os elétrons em direção a uma rede de “buracos” carregados positivamente. células solares de perovskita com uma orientação plana simples chamada pin (ou nip quando invertida), a perovskita constitui a camada intrínseca de captura de luz (o "i" no pino) entre a ETL carregada negativamente e uma camada de transporte de carga positiva (HTL).

Quando as camadas positiva e negativamente carregadas são separadas, a arquitetura se comporta como um jogo subatômico de Pachinko no qual os fótons de uma fonte de luz desalojam os elétrons instáveis ​​da ETL, fazendo com que eles caiam em direção ao lado HTL positivo do sanduíche. A camada de perovskita acelera esse fluxo.

Embora a perovskite seja uma camada intrínseca ideal devido à sua forte afinidade tanto por buracos e elétrons quanto pelo seu rápido tempo de reação, a fabricação em escala comercial se mostra desafiadora em parte porque é difícil aplicar efetivamente uma camada uniforme de ETL sobre a superfície cristalina da perovskita.

Os pesquisadores escolheram o composto [6,6] -fenil-C (61) - éster metílico do ácido butírico (PCBM) por causa de seu histórico como material ETL e porque o PCBM aplicado em uma camada áspera oferece a possibilidade de melhorar a condutividade, menos penetrável contato de interface e captura de luz aprimorada.


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“Muito pouca pesquisa foi feita sobre as opções de ETL para o projeto de pinos planares”, diz André D. Taylor, professor associado da Tandon School of Engineering da New York University. “O principal desafio nas células planas é, como você realmente as monta de uma maneira que não destrua as camadas adjacentes?”

O método mais comum é a fundição por rotação, que envolve girar a célula e permitir a força centrípeta para dispersar o fluido ETL sobre o substrato perovskita. Mas esta técnica é limitada a pequenas superfícies e resulta em uma camada inconsistente que diminui o desempenho da célula solar. A fundição por rotação também é inimiga da produção comercial de grandes painéis solares por meio de métodos como fabricação de rolo a rolo, para os quais a arquitetura de perovskita de pino flexível é de outra forma adequada.

Os pesquisadores, em vez disso, se voltaram para o revestimento por pulverização, que aplica o ETL uniformemente em uma grande área e é adequado para a fabricação de grandes painéis solares. Eles relataram um ganho percentual de eficiência 30 sobre outros ETLs - de um PCE de 13 por cento para mais de 17 por cento - e menos defeitos.

“Nossa abordagem é concisa, altamente reprodutível e escalável. Ele sugere que o revestimento por pulverização do PCBM ETL pode ter amplo apelo para melhorar a eficiência da linha de base das células solares de perovskita e fornecer uma plataforma ideal para células solares de perovskita com quebra de recordes em um futuro próximo ”, acrescenta Taylor.

Co-autores adicionais são da Universidade de Ciência e Tecnologia Eletrônica da China, da Universidade de Pequim, da Universidade de Yale e da Universidade Johns Hopkins.

A Fundação da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (NSFC), a Fundação para Grupos de Pesquisa de Inovação da NSFC, o Conselho Chinês de Bolsas de Estudo e a Fundação Nacional de Ciências dos EUA forneceram financiamento para o estudo.

Fonte: New York University

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