Lançando luz sobre a origem do efeito fotovoltaico em perovskitas orgânico-inorgânicas

Republicado por Platão

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26 Dezembro, 2023

(Notícias do Nanowerk) Uma equipe liderada por pesquisadores da RIKEN investigou como cristais especiais convertem luz em eletricidade (Angewandte Chemie, “Bulk photovoltaic effect along the nonpolar axis in organic-inorganic hybrid perovskites”). Suas descobertas ajudarão a informar os esforços para melhorar sua eficiência, o que poderia levar os cristais a serem usados em células solares. As células solares convertem luz em eletricidade por um fenômeno conhecido como efeito fotovoltaico. A grande maioria das células solares consiste em dois semicondutores unidos - um com excesso de elétrons e o outro com deficiência de elétrons. Isso ocorre porque a configuração possui uma alta eficiência de conversão. Mas outro efeito fotovoltaico também tem chamado a atenção – o efeito fotovoltaico em massa, assim chamado porque envolve apenas um único material. Embora a sua eficiência de conversão seja atualmente bastante baixa, pesquisas recentes sugeriram formas de melhorar a sua eficiência. Ilustração esquemática do efeito fotovoltaico em massa ao longo do eixo não polar da perovskita híbrida orgânico-inorgânica. A seta amarela representa um fóton de luz, enquanto as nuvens azuis e verdes mostram um elétron e um buraco, respectivamente. A seta vermelha é o eixo de polarização. (© WILEY-VCH Verlag) Tem havido muito debate sobre como funciona o efeito fotovoltaico em massa. Originalmente, pensava-se que um campo elétrico gerado por polarizações dentro do material dava origem ao efeito, mas uma nova explicação tem ganhado popularidade recentemente. Neste novo mecanismo, a luz desloca as nuvens de elétrons do material e essas mudanças se propagam, gerando uma corrente. Esta corrente possui propriedades atraentes, incluindo uma resposta ultrarrápida e propagação sem dissipação. Materiais conhecidos como híbridos orgânico-inorgânicos perovskitas (OIHPs) têm grande potencial para fabricar dispositivos optoeletrônicos. O efeito fotovoltaico em massa nos OIHPs tem sido geralmente atribuído ao antigo mecanismo de polarização macroscópica. “Os campos elétricos incorporados nos materiais têm sido frequentemente considerados como a origem do efeito fotovoltaico em massa nos OIHPs, mas sem evidências sólidas”, observa Taishi Noma, do Centro RIKEN para Ciência da Matéria Emergente. Agora, ao estudar detalhadamente o efeito fotovoltaico em massa nos cristais OIHP, Noma e seus colaboradores encontraram evidências que são consistentes com o mecanismo de mudança e descartam o mecanismo de polarização macroscópica. Especificamente, eles observaram o efeito fotovoltaico em massa ao longo de um eixo não polar em um OIHP, que não pode ser explicado em termos do mecanismo de polarização macroscópica. Os resultados da equipe destacam a importância da simetria cristalina do material. Os insights obtidos ajudarão os pesquisadores a otimizar as propriedades dos OIHPs, adaptando sua simetria. Em particular, os conhecimentos podem ajudar a melhorar a eficiência dos OIHP na conversão de luz em eletricidade. Noma e sua equipe pretendem agora explorar outros tipos de materiais. “Em princípio, as correntes de mudança também podem ser geradas em outras classes de materiais, como cristais líquidos e cristais moleculares orgânicos”, diz Noma. “Gostaríamos de estender este estudo a outros materiais.”