cristais perovskita

Cultivo de cristais permitiu atingir máximo de eficiência energética da perovskita

Nos EUA, investigadores da Universidade Rice, desenvolveram um novo método para cultivar cristais de perovskita 2D. Um cultivo que veio permitir que estes se tornassem altamente eficientes na absorção da eletricidade produzida a partir da luz solar, além de os tornar mais uniformes e homogéneos.

Nos testes feitos obtiveram-se filmes extremamente finos em camadas regulares e espessas. Material que se tornou mais eficiente e confiável, o que até agora era difícil de ser alcançado com as atuais técnicas de produção de painéis fotovoltaicos de perovskita.

Um dos autores do estudo, Aditya Mohite, explicou parte do processo “desenvolvemos um método em que é possível ajustar as propriedades dos filmes macroscópicos conforme a solução utilizada. Com isso, conseguimos atingir uma eficiência energética de 17% para um dispositivo 2D”.

Eficiência energética dos cristais de perovskita

A perovskita é um mineral de óxido de cálcio e titânio, descoberto os Montes Urais da Rússia por Gustav Rose em 1839. Painéis solares fotovoltaicos produzidos com perovskita têm propriedades muito superiores aos que são produzidos com células de Silício convencionais.

O cultivo de cristais de perovskita veio permitir que as películas fotovoltaicas sejam capazes de preservar mais de 97% da sua eficiência mesmo após mais de 800 horas de uso sobre a luz solar. Estudos anteriores com cristais de Perovsita em 3D conseguiram ter na mesma elevadas eficiências energéticas, mas com uma degradação rápida.

A perovskita bidimensional tem forma plana esse processo crescimento, mais fina e mais estável que os compostos 3D, que são mais grossos e resistentes à humidade. Esse processo de crescimento já foi reproduzido com cristais inorgânicos, mas esta foi a primeira vez que os cientistas conseguiram realizar o cultivo de cristais de perovskita 2D orgânicos.

Mohite, termina dizendo que “a ideia de um tipo de semente pode editar as propriedades dos elementos é um conceito poderoso na ciência dos materiais. A maioria dos modelos funcionasse. Se pretendes cultivar um cristal único de diamante ou Silício, por exemplo, precisas da semente de um único cristal que possa servir como modelo”.

O cultivo dos cristais de perovskita

Tradicionalmente no cultivo de cristais de perovskita 2D usa-se precursores químicos que são medidos e acrescentados como ingredientes de uma receita. O resultado obtido é espalhado sobre uma superfície plana, e à medida que este se dissolve, os elementos cristalizam-se e formam uma camada fina. Mas com um problema as camadas geradas são desiguais e em escala nanométrica com várias espessuras.

A usarmos esta técnica, obtemos algo que se dispersa, e quando o tamanho muda, também muda a eficiência energética. Como resultado temos ineficiência para o dispositivo fotovoltaico, pois perdemos energia quando as cargas encontram uma barreira antes de chegar a um contato elétrico.

Ora, com esta nova técnica de crescimento semeado, o cristal é desenvolvido lentamente de forma uniforme, transforma-se em pó e dilui-se em solvente, sem necessidade passar por precursores individuais. aplicando a mesma proporção de ingredientes, a solução semeada passa a produzir filmes mais homogéneos e uniformes.

Como conseguiram obter esses resultados?

Através de uma ferramenta de espalhamento dinâmico de luz, os investigadores observaram que as soluções atingiam o estado de equilíbrio sob certas condições, o que impedia que parte das sementes não se dissolvesse.

Um resultado que demonstrou que esses pedaços de semente retinham as características do cristal de origem.

Uma descoberta que assim veio permitir descobrir que seria possível seguir o processo de nucleação da perovskita. E assim permitir que as sementes dessem origem a filmes mais finos homogéneos e mais estáveis, tornando o processo de produção de painéis fotovoltaicos com um maior aproveitamento energético e degradação reduzida.

Os investigadores dizem que ainda não testaram o processo com outros sistemas e materiais, mas o sucesso com a perovskita permite pensar que também poderá dar certo com materiais da tabela periódica que tenham as mesmas características.

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