Um estudo realizado no contexto do CINE fornece valiosas informações para continuar desenvolvendo a tecnologia das células solares de perovskita, a qual pode ajudar a popularizar o uso da energia fotovoltaica devido ao seu baixo custo de produção. Para viabilizar a comercialização dessa tecnologia, um dos principais desafios é melhorar a estabilidade das perovskitas, diretamente ligada à durabilidade das células solares.

Nesta pesquisa, o foco foram as chamadas ligas de perovskita, as quais apresentaram, em estudos experimentais, um desempenho muito bom em células solares como material responsável por absorver a luz do Sol e transformá-la em eletricidade. As perovskitas são materiais que podem ter diversas composições químicas, mas a sua fórmula molecular geral é sempre ABX3, sendo que os sítios A e B são formados por espécies químicas com carga positiva (cátions) e o sítio X, por espécies com carga negativa (ânions). A particularidade das ligas de perovskita consiste em que esses sítios são formados por mais de um elemento químico.

Neste novo trabalho, os autores realizaram simulações computacionais para estudar, na escala atômica, as propriedades de três ligas de perovskita com eficiências muito altas na conversão de luz em eletricidade (mais de 23%). Mais precisamente, eles investigaram de que maneira a presença de diferentes elementos químicos no cátion A impacta as propriedades da liga. “O trabalho traz resultados importantes que possibilitam obter insights sobre as propriedades estruturais e optoeletrônicas das perovskitas”, diz Ramiro Marcelo dos Santos, pesquisador de pós-doutorado no IQSC-USP e primeiro autor do artigo que reporta o trabalho no periódico ACS Applied Energy Materials. De acordo com ele, graças a estudos computacionais como este, torna-se possível aprofundar o entendimento de detalhes da estrutura dos materiais que, muitas vezes, não são acessíveis por meio de medidas experimentais.

Os resultados obtidos por Ramiro e os outros autores, todos membros do programa Ciência Computacional de Materiais e Química do CINE, permitem entender como as diferentes misturas de cátions no sítio A podem ser empregadas para manter um equilíbrio entre estabilidade estrutural e eficiência fotovoltaica. Por exemplo, a pesquisa mostrou que ligas com cátions de césio (Cs+) apresentam os melhores desempenhos como materiais para células solares. “É importante lembrar que um grande destaque dos materiais baseados em perovskitas é a possibilidade de reduzir o custo de produção dos módulos solares. Portanto, fornecer informações que ajudem a desenvolver essa tecnologia renovável de baixo custo também é contribuir para a igualdade de acesso à energia limpa”, conclui Ramiro.

O trabalho contou com financiamento da FAPESP, Shell e CNPq, além do suporte estratégico da ANP.

Referência do artigo científico: Theoretical Investigation of the Role of Mixed A+ Cations in the Structure, Stability, and Electronic Properties of Perovskite Alloys. Ramiro M. dos Santos, Iván Ornelas−Cruz, Alexandre C. Dias, Matheus P. Lima, and Juarez L. F. Da Silva. ACS Appl. Energy Mater. 2023, 6, 5259−5273. https://doi.org/10.1021/acsaem.3c00186.

Autores do artigo que são membros do CINE ou eram membros no momento do trabalho: Ramiro M. dos Santos, Iván Ornelas−Cruz, Alexandre C. Dias, Matheus P. Lima e Juarez L. F. Da Silva.