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Contribuição do Instituto ao desenvolvimento de células solares de perovskita.

quinta-feira, 22 de março de 2018 14:12

Imagem MEV de filme de estrutura perovskita com grande área (barra branca = 10 µm) mostra que filme é homogêneo e recobre todo o substrato.

Imagem MEV de filme de estrutura perovskita com grande área (barra branca = 10 µm) mostra que filme é homogêneo e recobre todo o substrato.

Células solares baseadas em materiais com estrutura perovskita têm atingido, em poucos anos de desenvolvimento, níveis de eficiência similares aos das células solares de silício, as quais dominam o mercado (por enquanto).

Pesquisadores de um dos laboratórios associados ao Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies apresentaram uma contribuição ao desenvolvimento das promissoras células solares de perovskita em artigo recentemente publicado na revista Scientific Reports, do grupo Nature.

Os autores do paper, ligados ao Laboratório de Pesquisas Fotovoltaicas da Unicamp, propuseram um novo método para produzir filmes finos de composição CH3NH3PbI3, que é um material de estrutura perovskita muito utilizado no desenvolvimento de células solares. Este método poderia facilitar a fabricação industrial de células solares de perovskitas.

O novo método apresenta algumas vantagens com relação a outros que já são utilizados para fabricar filmes finos desse tipo. Em primeiro lugar, ele pode ser levado à escala industrial por se basear numa técnica amplamente conhecida, de baixo custo e já usada em outras indústrias, o sputtering. "A técnica de sputtering permite deposição em grandes áreas e é largamente utilizada na indústria, sendo um ponto positivo para fabricação de painéis solares", frisa o professor Francisco das Chagas Marques (IFGW-Unicamp), um dos três autores do artigo.

Além disso, o método desenvolvido pelos pesquisadores da Unicamp produz filmes homogêneos e sem falhas (furos ou rachaduras, por exemplo), inclusive em grandes áreas. Os filmes ainda apresentam uma alta taxa de absorção de radiação solar.

O processo, que é realizado a temperatura ambiente e finalizado com um aquecimento a 100 °C, consiste em três etapas (veja esquema no final da matéria). Na primeira delas, deposita-se um filme de sulfeto de chumbo (PbS) sobre um substrato de vidro por meio da técnica de sputtering. O procedimento consiste em bombardear um alvo de PbS com íons de argônio, os quais arrancam átomos do alvo. Estes são ejetados dentro do equipamento e se depositam em cima do substrato.

As duas etapas seguintes são realizadas para converter o filme de PbS no composto CH3NH3PbI3, cujos átomos seguem uma determinada disposição no espaço conhecida como estrutura perovskita. Para chegar nessa fórmula, o filme sofre uma série de reações químicas ao ser exposto a gás de iodo (I2) e imerso no composto de fórmula CH3NH3I, conhecido como MAI.

Os filmes finais obtidos pela equipe da Unicamp apresentaram uma espessura de 800 nm, aproximadamente.

Apesar da boa qualidade dos filmes e das vantagens do método, a aplicação deste trabalho na produção industrial de células solares esbarra, por enquanto, na principal limitação atual das perovskitas: a estabilidade desses compostos, que não é suficientemente alta. "Algumas modificações estão sendo feitas no mundo todo usando processos químicos, e não físicos como o nosso, para aumentar a estabilidade", conta o professor Marques. "Estas modificações também podem ser implementadas pela técnica de sputtering e é um dos planos de trabalho do grupo", completa.

O trabalho publicado na Scientific Reports foi totalmente realizado em laboratórios do Instituto de Física Gleb Wataghin da Unicamp, dentro do doutorado em Física de José Maria Clemente da Silva Filho, que contou com orientação do professor Marques e foi defendido no final de 2017.

Publicado na modalidade open access, o artigo (doi:10.1038/s41598-018-19746-8) pode ser acessado sem custo aqui: https://www.nature.com/articles/s41598-018-19746-8

Referência: Perovskite Thin Film Synthesised from Sputtered Lead Sulphide. José Maria Clemente da Silva Filho, Viktor A. Ermakov & Francisco Chagas Marques. Scientific Reports, volume 8, Article number: 1563 (2018), doi:10.1038/s41598-018-19746-8.

Fonte: Gerência de comunicação do Instituto Nacional de Engenharia de Superficies

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Palavras-chave: células solares, engenharia de superfície, engenharia de superfícies, francisco das chagas marques, Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, Laboratório de Pesquisas Fotovoltaicas, perovskitas, scientific reports, sputtering, sulfeto de chumbo, unicamp

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