Um estudo computacional que revelou as interações entre materiais da família das perovskitas e dos MXenes pode servir como guia para projetar células solares mais eficientes e duráveis. O trabalho foi totalmente realizado por uma equipe de pesquisadores do programa Ciência Computacional de Materiais do CINE.

As perovskitas são conhecidas pela excelente capacidade de absorver luz e convertê-la em eletricidade, enquanto os MXenes são famosos pela sua altíssima eficiência na condução de cargas elétricas. Ambos os materiais podem ser processados facilmente como filmes finos – um formato adequado à produção de células solares.

Embora ainda não tenham atingido o estágio da comercialização, as células solares baseadas em perovskita são muito promissoras, e o uso de MXenes em diferentes partes desses dispositivos já foi testado, com bons resultados. Entretanto, até a publicação deste trabalho, não havia uma clara compreensão do que acontece quando MXenes e perovskitas estão em contato.

“O nosso estudo utilizou simulações computacionais baseadas em física quântica para investigar como dois materiais promissores para o futuro da energia solar — as perovskitas e os MXenes — interagem em nível atômico, ou seja, como os átomos de um material se ligam aos do outro”, resume o professor Matheus Paes Lima (UFSCar), pesquisador do CINE que liderou o trabalho.

De acordo com ele, o principal resultado do estudo foi mostrar que partes representativas das perovskitas (fragmentos moleculares) se fixam de forma extremamente forte à superfície do MXene. “Observamos ainda que essa ligação se mantém mesmo em temperaturas relativamente altas, acima de 100 °C, típicas do funcionamento de uma célula solar”, acrescenta o cientista.

Essa forte interação entre os materiais ajudaria a reduzir a degradação que as perovskitas sofrem quando estão em contato com a umidade do ar – problema que tem limitado a comercialização de células solares de perovskita. “O MXene pode atuar como um escudo estabilizador”, explica o professor Matheus.

Além disso, os autores descobriram que a presença de iodo na perovskita promove a criação de “pontes elétricas” na interface com o MXene, permitindo que a eletricidade flua com mais facilidade entre os materiais. Dessa forma, a escolha de perovskitas à base de iodo, em vez das composições baseadas em bromo ou cloro, se apresenta como uma boa escolha para compor células solares.

“Quando aplicados na prática, esses resultados podem impactar diretamente tanto o desempenho quanto a durabilidade das células solares de perovskita”, afirma Matheus.

O estudo abre caminho para novas investigações no sentido de avançar o conhecimento e, dessa forma, desenvolver dispositivos fotovoltaicos mais eficientes e estáveis que possam ser produzidos em larga escala.

Esta pesquisa contou com financiamento da Fapesp, Shell, CAPES e CNPq, além do suporte estratégico da ANP.

Referência do artigo científico: Paulo E. Zanni, Jr, Lucas G. Chagas, Rafael L. H. Freire, Juarez L. F. Da Silva and  Matheus P. Lima. Unveiling the interaction between fragments of ABX3 halide perovskite and Ti3C2F2 MXene monolayer. J. Mater. Chem. A, 2026.

Membros do CINE que participaram do trabalho: Paulo E. Zanni Jr (doutorando na UFSCar), Lucas G. Chagas (doutorando na UFSCar), Rafael L. H. Freire (pós-doutorando na USP), Juarez L. F. Da Silva (professor do IQSC-USP) e Matheus P. Lima (professor da UFSCar).