Um estudo realizado por membros do CINE e colaboradores apresenta uma possível solução à rápida degradação das perovskitas híbridas – problema que afeta o desempenho das células solares baseadas nesses materiais.

Os autores da pesquisa desenvolveram e sintetizaram uma nova molécula e com ela trataram a superfície de filmes compostos por uma perovskita bastante utilizada no desenvolvimento de células solares. Os pesquisadores montaram, então, células solares, usando esses filmes como camada ativa (a responsável por capturar fótons e transformá-los em elétrons) e testaram o desempenho dos dispositivos, comprovando uma melhoria significativa na sua capacidade de converter luz em eletricidade (eficiência energética) e na manutenção dessa capacidade ao longo do tempo (estabilidade).

As células solares de perovskitas híbridas ainda não são comercializadas, mas elas são consideradas muito promissoras. Além de alcançarem uma eficiência muito próxima daquela das células de silício, elas são flexíveis e transparentes e podem ser produzidas em larga escala com métodos simples e de baixo custo. Contudo, um de seus problemas principais é, justamente, o fato de que a sua eficiência não se mantém ao longo do tempo.

“A principal contribuição deste trabalho foi a descoberta de uma molécula orgânica inédita, capaz de  manter a estabilidade de dispositivos solares baseados em perovskitas híbridas”, resume o professor Caio C. Oliveira  (UNICAMP), coautor correspondente do artigo que reporta esta pesquisa no periódico JACS Au, onde foi destacado em uma das capas. Com experiência no design e síntese de novas moléculas, Oliveira foi o responsável por orientar o estudante Lucas Scalon no desenvolvimento da molécula. Scalon realiza seu doutorado no Instituto de Química da UNICAMP no contexto do programa Portadores Densos de Energia do CINE, com orientação da professora Ana Flávia Nogueira e co-orientação do professor Oliveira.

Com essa molécula, que é um sal de anilínio bidentado, os autores “passivaram” a superfície dos filmes de perovskitas; isto é, tornaram-na menos suscetível a interações com o meio. Mais precisamente, a presença da nova molécula gerou no material uma barreira protetora contra a umidade e neutralizou alguns defeitos que costumam surgir nas perovskitas durante a produção dos filmes. Umidade e defeitos são, de fato, dois fatores que atentam contra a estabilidade desses materiais e, portanto, contra o desempenho das células solares.

De acordo com os autores do estudo, a presença da molécula orgânica permitiu aumentar de 17 para 19% a eficiência das células solares. “Parece pouco, mas alcançar estes valores é desafiador”, comenta o professor Oliveira. “Mais importante ainda é o fato de que as nossas células solares mantiveram a mesma eficiência por 90 dias, enquanto que os dispositivos sem a molécula diminuíram para 16% no mesmo período”, afirma.

O trabalho contou com a participação do professor Juarez L. F. Da Silva (IQSC-USP), do programa Ciência Computacional de Materiais e Química do CINE, que realizou as simulações computacionais que auxiliaram no entendimento dos resultados experimentais, tanto para chegar à fórmula final da nova molécula quanto para explicar o seu efeito na estabilização da perovskita. A pesquisa também teve a colaboração do professor William Oliveira (UFMG) na caracterização dos materiais, além da participação de vários estudantes que são membros do CINE.

O trabalho contou com financiamento da FAPESP, Shell e CNPq, além do suporte estratégico da ANP, e foi realizado no contexto do CINE e do auxílio à pesquisa temático FAPESP 14/25770-6.

Referência do artigo científico: Improving the Stability and Efficiency of Perovskite Solar Cells by a Bidentate Anilinium Salt. Lucas Scalon, Rodrigo Szostak, Francineide L. Araújo, Karla F. Adriani, Julian F. R. V. Silveira, Willian X. C. Oliveira, Juarez L. F. Da Silva, Caio C. Oliveira, and Ana Flávia Nogueira. JACS Au 2022, 2, 6, 1306–1312. https://doi.org/10.1021/jacsau.2c00151.

Autores do artigo que são membros do CINE ou eram no momento do trabalho: Lucas Scalon (doutorando), Rodrigo Szostak (doutorando no momento do trabalho), Francineide L. Araújo (pós-doc), Karla F. Adriani (pós-doc), Julian F. R. V. Silveira (pós-doc no momento do trabalho), Juarez L. F. Da Silva (professor do IQSC-USP) e Ana Flávia Nogueira (professora da UNICAMP).