Modificações na composição química melhora estabilidade de células solares de perovskita
Um estudo realizado na Universidade Federal do ABC (UFABC) deu um importante passo para tornar viável o uso comercial das células solares de perovskita (PSCs), um dispositivo fotovoltaico que se destaca pela alta eficiência e processo de fabricação mais baixos em relação às células convencionais de silício. Células solares de perovskita são estruturas formadas por materiais semicondutores que transformam a luz do Sol em eletricidade. Entre os materiais mais comuns, está a perovskita à base de iodeto de chumbo e metilamônio, amplamente estudada por seu bom desempenho, e formadas com iodeto de chumbo e formamidínio, que oferecem maior estabilidade. Para reunir o melhor dos dois, pesquisadores têm desenvolvido perovskitas mistas, ou seja, que combinam cátions (íons de carga positiva) de metilamônio (MA⁺) e formamidínio (FA⁺). No entanto, até o momento os estudos se concentravam em condições laboratoriais altamente específicas, mas o estudo da UFABC rompe esse modelo restrito de laboratório e valida a tecnologia fora de ambientes controlados.
Apesar do potencial, a utilização dessas células ainda é limitada porque os materiais que a compõem se degradam facilmente frente à umidade e ao calor, condições ambientais comuns de ocorrerem. Para contornar esse problema, os pesquisadores apostaram na engenharia de composição do material, uma abordagem que modifica sua estrutura química com o objetivo de torná-la mais estável. Como resultado, as PSCs de fato se tornaram mais resistentes à degradação, ampliando as perspectivas da fabricação em larga escala.
Para isso, os pesquisadores testaram diferentes proporções de MA⁺ e FA⁺ na formulação de finos filmes de perovskitas, em atmosfera ambiente com umidade relativa entre 40% e 60%, o que simula condições de produção em escala industrial. Por meio de imagens de alta resolução da superfície desses filmes, foi observado que, à medida que a quantidade de FA⁺ era aumentada, importantes mudanças estruturais aconteciam no material. Entre elas, destacava-se o crescimento de regiões cristalinas que formam a perovskita. Quanto maior essas regiões se tornavam, menor as áreas de contato entre os cristais, chamadas de bordas de grão. Essas bordas são justamente os pontos mais frágeis da estrutura, por onde os processos de degradação se iniciam. Desse modo, com a redução das bordas e uma organização mais contínua, o material mostrou maior resistência às condições que normalmente causam sua degradação.
Com relação à eficiência, análises ópticas revelaram que o aumento da concentração de FA⁺ fez com que as células solares absorvessem melhor a luz mais avermelhada, de menor energia. Dessa forma, o acréscimo de FA⁺ contribuiu para ampliar a faixa do espectro solar aproveitada e para uma durabilidade maior, o que representa um avanço importante à produção de PSCs mais estáveis e aplicáveis fora do ambiente laboratorial. Essa maior durabilidade ficou evidente nos testes de longo prazo: as células que continham mais de 25% de FA⁺ conseguiram manter 80% da sua eficiência original mesmo após 2160 horas (equivalente a 90 dias) em exposição ao ambiente, um ótimo desempenho para dispositivos produzidos fora de contextos controlados.
A pesquisa foi desenvolvida com financiamento da FAPESP e está publicada no periódico Solar Energy Materials and Solar Cells (https://doi.org/10.1016/j.solmat.2025.113522) e repercutida em matéria da Agência FAPESP. Acesse em: http://www.agencia.fapesp.br/processo-simples-aumenta-a-durabilidade-de-celulas-solares-de-perovskita/54579.