{"id":2655,"date":"2020-09-02T16:19:24","date_gmt":"2020-09-02T19:19:24","guid":{"rendered":"http:\/\/cine.org.br\/?p=2655"},"modified":"2020-09-03T11:22:00","modified_gmt":"2020-09-03T14:22:00","slug":"pesquisas-lancam-novo-olhar-para-a-degradacao-de-filmes-de-perovskitas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.cine.org.br\/pb\/pesquisas-lancam-novo-olhar-para-a-degradacao-de-filmes-de-perovskitas\/","title":{"rendered":"Pesquisas lan\u00e7am novo olhar para a degrada\u00e7\u00e3o de filmes de perovskitas"},"content":{"rendered":"\n

Materiais s\u00e3o principal promessa na \u00e1rea de energia fotovoltaica, mas compreender e mitigar sua degrada\u00e7\u00e3o \u00e9 um grande desafio<\/em><\/p>\n\n\n\n

Perovskitas s\u00e3o uma classe de materiais que promete revolucionar a \u00e1rea de energia fotovoltaica, com potencial de complementar ou substituir as c\u00e9lulas solares a base de sil\u00edcio, com maiores valores de convers\u00e3o de energia, menor custo e uma grande diversidade. No entanto, um dos desafios a ser superado para a aplica\u00e7\u00e3o em larga escala \u00e9 o aumento da estabilidade desses materiais, que hoje rapidamente perdem efici\u00eancia na convers\u00e3o de energia solar em energia el\u00e9trica quando expostos a condi\u00e7\u00f5es ambientais como a pr\u00f3pria luz do Sol e a umidade.<\/p>\n\n\n\n

O termo \u201cperovskita\u201d descreve a estrutura dos \u00e1tomos ou mol\u00e9culas, que pode ser representada genericamente como ABX3<\/sub>. A f\u00f3rmula indica a exist\u00eancia de tr\u00eas componentes ocupando posi\u00e7\u00f5es diferentes na estrutura cristalina, que se organiza de modo c\u00fabico. Neste cubo, um dos componentes (A) ocupa os v\u00e9rtices, outro (B) o centro do cubo e o terceiro (X) o centro de cada face do cubo. Cada posi\u00e7\u00e3o pode ser ocupada por elementos distintos e, no caso das posi\u00e7\u00f5es A e X, \u00e9 poss\u00edvel inclusive que sejam compostas por dois ou at\u00e9 tr\u00eas componentes diferentes.<\/p>\n\n\n\n

Duas pesquisas realizadas na divis\u00e3o de Portadores Densos de Energia (DEC) do Centro de Inova\u00e7\u00e3o em Novas Energias (CINE) e publicadas recentemente resultaram em contribui\u00e7\u00f5es importantes \u00e0 compreens\u00e3o dos processos envolvidos na degrada\u00e7\u00e3o de perovskitas e, assim, \u00e0 busca de estrat\u00e9gias para mitig\u00e1-la. Um dos estudos investigou a degrada\u00e7\u00e3o das chamadas perovskitas mistas (com dois c\u00e1tions A e dois haletos X diferentes). O trabalho identificou, dentre outros resultados, como concentra\u00e7\u00f5es maiores ou menores de um determinado componente alteram o processo e a velocidade de degrada\u00e7\u00e3o. Uma segunda pesquisa conseguiu diminuir a degrada\u00e7\u00e3o ao acrescentar um pol\u00edmero \u00e0 composi\u00e7\u00e3o de perovskitas de haleto de chumbo.<\/p>\n\n\n\n

As chamadas perovskistas de haleto de chumbo (MAPbI3<\/sub>) figuram entre as primeiras composi\u00e7\u00f5es estudadas, e foram o objeto do estudo do CINE publicado no Journal of Materials Chemistry C<\/em> em junho deste ano. Nele, os pesquisadores adicionaram \u00e0 composi\u00e7\u00e3o da perovskita um copol\u00edmero (pol\u00edmero formado por tipos diferentes de mon\u00f4meros). O material integrou a solu\u00e7\u00e3o precursora do filme de perovskita (composta por iodeto de metilam\u00f4nio \u2013 MAI \u2013, iodeto de chumbo \u2013 PbI2<\/sub> \u2013 e o copol\u00edmero em uma mistura de solventes) e, como resultado, obteve-se a manuten\u00e7\u00e3o de 68% da efici\u00eancia de convers\u00e3o de energia ap\u00f3s 480 horas (20 dias) de exposi\u00e7\u00e3o da c\u00e9lula solar \u00e0s condi\u00e7\u00f5es ambientais (umidade e ilumina\u00e7\u00e3o). A composi\u00e7\u00e3o original, sem adi\u00e7\u00e3o do copol\u00edmero, manteve apenas 47% da efici\u00eancia inicial. Al\u00e9m de constatarem esse incremento na estabilidade, os pesquisadores puderam investigar e descrever os processos respons\u00e1veis pela diminui\u00e7\u00e3o da degrada\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n

\u201cA prote\u00e7\u00e3o da camada ativa de perovskita nas c\u00e9lulas solares muitas vezes \u00e9 feita por encapsulamento, ou seja, pelo revestimento com outros materiais, o que, dentre outras desvantagens, pode aumentar o custo de produ\u00e7\u00e3o. No estudo, alteramos a composi\u00e7\u00e3o da perovskita mantendo as suas propriedades e, assim, obtendo ganho de estabilidade no pr\u00f3prio material, intr\u00ednseco\u201d, explica Francineide Lopes de Ara\u00fajo, pesquisadora de p\u00f3s-doutorado vinculada \u00e0 DEC e uma das autoras do artigo. A pesquisa foi o foco do mestrado de Jeann Carlos da Silva, realizado sob orienta\u00e7\u00e3o de Ana Fl\u00e1via Nogueira, Coordenadora da Divis\u00e3o. Al\u00e9m deles, assinam o artigo outros integrantes do Laborat\u00f3rio de Nanotecnologia e Energia Solar da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), coordenado por Nogueira, e tamb\u00e9m pesquisadores do Laborat\u00f3rio Nacional de Luz S\u00edncrotron (LNLS) e do Centro de Tecnologia de Informa\u00e7\u00e3o Renato Archer (CTI).<\/p>\n\n\n\n

O segundo estudo, publicado no Journal of Materials Chemistry A<\/em>, em abril, estudou filmes de perovskitas mistas Csx<\/sub>FA1-x<\/sub>Pb(Bry<\/sub>I1-y<\/sub>)3 <\/sub>com o objetivo de compreender a fundo seu processo de degrada\u00e7\u00e3o, o que \u00e9 importante n\u00e3o apenas para buscar mitig\u00e1-lo, mas tamb\u00e9m para saber quais produtos s\u00e3o gerados nas diferentes etapas e, assim, saber tamb\u00e9m cuidados necess\u00e1rios com res\u00edduos, por exemplo. Como j\u00e1 registrado, um dos principais resultados foi a identifica\u00e7\u00e3o da rela\u00e7\u00e3o entre a concentra\u00e7\u00e3o de bromo (Br) e, tamb\u00e9m, de c\u00e9sio (Cs), na perovskita e a sua degrada\u00e7\u00e3o, sendo que maiores concentra\u00e7\u00f5es levaram a um processo mais r\u00e1pido. Outra importante constata\u00e7\u00e3o foi que, diferentemente da perovskita MAPbI3<\/sub>, cujo produto principal de degrada\u00e7\u00e3o \u00e9 o PbI2<\/sub>, essas perovskitas originam produtos mistos hidratados.<\/p>\n\n\n\n

Um destaque deste estudo foi o uso da microscopia eletr\u00f4nica de varredura em modo ambiente para a an\u00e1lise in situ <\/em>durante a degrada\u00e7\u00e3o. \u201cPara perovskitas, este \u00e9 um estudo in\u00e9dito na literatura, pois em geral esse tipo de microscopia \u00e9 realizada em ambiente de v\u00e1cuo. A t\u00e9cnica que utilizamos possibilitou a presen\u00e7a de vapor d\u2019\u00e1gua e, assim, a observa\u00e7\u00e3o do impacto na degrada\u00e7\u00e3o enquanto o processo estava acontecendo\u201d, explica Paulo Ernesto Marchezi, tamb\u00e9m pesquisador de p\u00f3s-doutorado na DEC e primeiro autor do artigo. Neste caso, as colabora\u00e7\u00f5es contam, al\u00e9m do LNLS, com a participa\u00e7\u00e3o de pesquisadores da Stanford Synchrotron Radiation LightSource (SSRL), do Instituto de F\u00edsica da Universidade Federal do Mato Grosso (UFMT) e do Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos (IFSC) da Universidade de S\u00e3o Paulo.<\/p>\n\n\n\n

A publica\u00e7\u00e3o resultante, intitulada \u201cDegradation mechanisms in mixed-cation and mixed-halide Csx<\/sub>FA1-x<\/sub>Pb(Bry<\/sub>I1-y<\/sub>)3<\/sub> perovskite films under ambient conditions\u201d pode ser conferida aqui<\/a> e, al\u00e9m de Marchezi e Nogueira, tem como autores Eralci Moreira Ther\u00e9zio, Rodrigo Szostak, Hugo Campos Loureiro, Helio C. N. Tolentino e Michael F. Toney.<\/p>\n\n\n\n

J\u00e1 o artigo intitulado \u201cEffect of the incorporation of poly(ethylene oxide) copolymer on the stability of perovskite solar cells\u201d pode ser conferido neste link<\/a>. Al\u00e9m de Ara\u00fajo, da Silva, Marchezi, Nogueira e Szostak, assinam o trabalho Raphael Fernando Moral e Jilian Nei de Freitas.<\/p>\n\n\n\n

\u00c9 importante registrar que, al\u00e9m da efici\u00eancia de convers\u00e3o e da estabilidade, o terceiro maior desafio para o uso disseminado de c\u00e9lulas solares de perovskitas \u00e9 a sua fabrica\u00e7\u00e3o em grande escala mantendo as propriedades obtidas em laborat\u00f3rio, frente de trabalho na qual a DEC tamb\u00e9m vem atuando.<\/p>\n\n\n\n

– Confira aqui v\u00eddeo do processo de degrada\u00e7\u00e3o da perovskita mista<\/a><\/p>\n\n\n\n

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