Muitos sabemos que, em um intervalo de 10 anos, as células solares de perovskitas se tornaram competitivas em termos de eficiência. Talvez menos conhecido seja o fato de que essas células solares podem ser empilhadas em cima de células solares de silício, formando uma junção de dispositivos chamada “tandem”, cuja eficiência é ainda maior do que a de cada uma das partes. Contudo, esses bons resultados correspondem geralmente a dispositivos pequenos, usados para pesquisa em laboratório. Conseguir produzir grandes áreas de perovskitas sem prejudicar a eficiência ainda é um importante desafio.

Em um interessante experimento realizado no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), pesquisadores do CINE e colaboradores monitoraram, passo a passo, como ocorria a formação de perovskitas pelo método de “gas quenching” – um processo que tinha sido pouco estudado na literatura científica, apesar de possibilitar a produção de filmes de grandes áreas. Para se obter perovskitas com esse método, o primeiro passo consiste em depositar, sobre um suporte, uma solução contendo os compostos precursores da perovskita. Quando o solvente evapora, o material cristaliza e forma a organizada estrutura de átomos própria das perovskitas. Porém, antes de isso acontecer, diversos compostos com estruturas diferentes (os chamados “intermediários”) formam-se momentaneamente. 

 

 

No experimento realizado no LNLS, a equipe científica conseguiu analisar cada um dos intermediários formados, usando uma técnica de caracterização por raios X que fornece informações sobre a estrutura cristalina dos materiais. Na preparação das soluções iniciais, a equipe utilizou dois solventes diferentes combinados com diversos precursores, e observou que cada combinação leva a um caminho único de formação de intermediários, o qual impacta na morfologia e propriedades finais da perovskita e, portanto, na sua eficiência dentro das células solares.  

 

 “Neste trabalho utilizamos a técnica de GIWAXS para monitorar em tempo real (in situ) a evolução dos intermediários da perovskita durante sua preparação por spin coating com o método de gas quenching. Os resultados mostraram que o solvente utilizado (NMP ou DMSO) influencia diretamente nos intermediários formados, bem como a composição da perovskita”, diz Rodrigo Szostak, que desenvolveu esta pesquisa dentro de seu doutorado, ligado à Divisão de Portadores Densos de Energia do CINE.

 

“Este trabalho auxilia os pesquisadores que trabalham com tandem porque permite que eles escolham a melhor combinação composição/solvente para ajustar a célula solar que vai no topo”, completa a professora Ana Flávia Nogueira (UNICAMP), pesquisadora principal do CINE, que coordenou o trabalho junto ao pesquisador do LNLS Hélio Tolentino. Também participaram da pesquisa outros membros do grupo da professora Ana Flávia na UNICAMP e colaboradores da EPFL (Suíça).

 

O artigo que reporta esta pesquisa foi publicado em outubro na revista científica Advanced Functional Materials (fator de impacto = 16,836).

 

Artigo: Revealing the Perovskite Film Formation Using the Gas Quenching Method by In Situ GIWAXS: Morphology, Properties, and Device Performance. Rodrigo Szostak, Sandy Sanchez, Paulo E. Marchezi, Adriano S. Marques, Jeann C. Silva, Matheus S. Holanda, Anders Hagfeldt, Hélio C. N. Tolentino, and Ana F. Nogueira. Adv. Funct. Mater. 2020, 200747. DOI: 10.1002/adfm.202007473