Menos inocente do que parece: Hidrogênio em perovskitas híbridas: pesquisadores identificam o defeito que limita o desempenho das células solares

Republicado por Platão

seguidores: 0

Início > Press > Menos inocente do que parece: hidrogênio em perovskitas híbridas: pesquisadores identificam o defeito que limita o desempenho das células solares

Uma vaga de hidrogênio (o ponto preto à esquerda do centro) criada pela remoção de hidrogênio de uma molécula de metilamônio, prende os transportadores na perovskita híbrida prototípica, iodeto de chumbo metilamônio CH3NH3Pbl3 CRÉDITO Xie Zhang

Abstrato:
Pesquisadores do departamento de materiais da Faculdade de Engenharia da UC Santa Barbara descobriram uma das principais causas das limitações de eficiência em uma nova geração de células solares.

Menos inocente do que parece: Hidrogênio em perovskitas híbridas: os pesquisadores identificam o defeito que limita o desempenho da célula solar

Santa Bárbara, CA | Publicado em 30 de abril de 2021

Vários possíveis defeitos na rede do que é conhecido como perovskitas híbridas já haviam sido considerados como a causa potencial de tais limitações, mas supunha-se que as moléculas orgânicas (os componentes responsáveis pelo apelido “híbrido”) permaneceriam intactas. Cálculos de ponta revelaram agora que a falta de átomos de hidrogênio nessas moléculas pode causar enormes perdas de eficiência. As descobertas foram publicadas em um artigo intitulado “Minimizando vacâncias de hidrogênio para permitir perovskitas híbridas altamente eficientes”, na edição de 29 de abril da revista Nature Materials.

O notável desempenho fotovoltaico das perovskitas híbridas criou muita empolgação, devido ao seu potencial para o avanço da tecnologia de células solares. “Híbrido” refere-se à incorporação de moléculas orgânicas em uma rede de perovskita inorgânica, que possui uma estrutura cristalina semelhante à do mineral perovskita (óxido de cálcio e titânio). Os materiais exibem eficiências de conversão de energia que rivalizam com a do silício, mas são muito mais baratos de produzir. Defeitos na rede cristalina da perovskita, no entanto, são conhecidos por criar dissipação de energia indesejada na forma de calor, o que limita a eficiência.

Várias equipes de pesquisa vêm estudando esses defeitos, entre elas o grupo do professor de materiais da UCSB Chris Van de Walle, que recentemente alcançou um avanço ao descobrir um defeito prejudicial em um lugar que ninguém havia olhado antes: na molécula orgânica.

“O iodeto de chumbo de metilamônia é o protótipo da perovskita híbrida”, explicou Xie Zhang, pesquisador principal do projeto. “Descobrimos que é surpreendentemente fácil quebrar uma das ligações e remover um átomo de hidrogênio da molécula de metilamônia. A 'vacância de hidrogênio' resultante age como um dissipador para as cargas elétricas que se movem através do cristal após serem geradas pela luz que incide sobre a célula solar. Quando essas cargas ficam presas no vazio, elas não podem mais fazer um trabalho útil, como carregar uma bateria ou alimentar um motor, daí a perda de eficiência.”

A pesquisa foi viabilizada por técnicas computacionais avançadas desenvolvidas pelo grupo Van de Walle. Esses cálculos de última geração fornecem informações detalhadas sobre o comportamento mecânico quântico dos elétrons no material. Mark Turiansky, um aluno sênior de pós-graduação do grupo de Van de Walle que esteve envolvido na pesquisa, ajudou a criar abordagens sofisticadas para transformar essas informações em valores quantitativos para taxas de aprisionamento de portadores de carga.

“Nosso grupo criou métodos poderosos para determinar quais processos causam perda de eficiência”, disse Turiansky, “e é gratificante ver a abordagem fornecer informações valiosas para uma importante classe de materiais”.

“Os cálculos agem como um microscópio teórico que nos permite observar o material com uma resolução muito maior do que a obtida experimentalmente”, explicou Van de Walle. “Eles também formam uma base para o design de materiais racionais. Por tentativa e erro, verificou-se que as perovskitas em que a molécula de metilamônia é substituída por formamidínio apresentam melhor desempenho. Agora podemos atribuir essa melhoria ao fato de que os defeitos de hidrogênio se formam menos prontamente no composto formamidinium.

“Essa percepção fornece uma justificativa clara para a sabedoria empiricamente estabelecida de que o formamidinium é essencial para a realização de células solares de alta eficiência”, acrescentou. “Com base nessas percepções fundamentais, os cientistas que fabricam os materiais podem desenvolver estratégias para suprimir os defeitos nocivos, aumentando a eficiência adicional das células solares”.

# # #

Financiamento para esta pesquisa foi fornecido pelo Escritório de Ciências do Departamento de Energia e Escritório de Ciências Básicas de Energia. Os cálculos foram realizados no National Energy Research Scientific Computing Center.

####

Para mais informações, por favor clique SUA PARTICIPAÇÃO FAZ A DIFERENÇA

Contactos:
James Badham

@ucsantabarbara

Se você tiver um comentário, por favor Contato nós.

Os emissores de boletins de notícias, não a 7th Wave, Inc. ou Nanotechnology Now, são os únicos responsáveis pela precisão do conteúdo.

Marca páginas: