Fonte: Instituto Americano de Física
Os materiais semicondutores comuns para painéis solares, como o silício, devem ser criados por meio de um processo complexo para evitar defeitos em sua estrutura cristalina que afetam a funcionalidade. Mas os semicondutores perovskita de haleto metálico estão surgindo como uma classe de material alternativa mais barata, com funcionalidade excelente e ajustável, bem como fácil processabilidade.
As mudanças climáticas e suas consequências estão se tornando cada vez mais óbvias, e os painéis solares que convertem a energia solar em eletricidade terão um papel fundamental no futuro suprimento de energia do mundo.
Em APL Materials, da AIP Publishing, os pesquisadores apresentam um roteiro para semicondutores e dispositivos perovskita híbridos orgânico-inorgânicos.
Os semicondutores de Perovskita podem ser processados a partir da solução e uma tinta semicondutora pode ser revestida ou simplesmente pintada sobre as superfícies para formar o filme desejado. Isso pode ser incorporado em dispositivos semicondutores, como painéis solares ou diodos emissores de luz.
"Por muitos anos, os semicondutores processados por solução foram considerados incapazes de fornecer a mesma funcionalidade que os semicondutores cristalinos especialmente desenvolvidos", disse Lukas Schmidt-Mende, co-autor da Universidade de Konstanz, na Alemanha. "A razão por trás desse pensamento é que o processamento de solução simples levará inerentemente a um número relativamente alto de defeitos na estrutura do cristal formado, o que pode afetar negativamente sua funcionalidade."
Acontece que as Perovskitas híbridas orgânico-inorgânicas são muito tolerantes a defeitos. Os defeitos formados após o processamento não influenciam drasticamente a funcionalidade do dispositivo e, pela primeira vez, os Perovskites híbridos estão permitindo dispositivos processados de solução eficientes.
"Podemos simplesmente mudar a composição química da Perovskita para ajustar seu bandgap, o que nos permite mudar o perfil de absorção", disse Schmidt-Mende.
"Isso pode ser usado para preparar diodos emissores de luz em diferentes comprimentos de onda ou para ajustar o material de Perovskita para painéis solares para otimizar o perfil de absorção."
A alta tolerância a defeitos, no entanto, "veio como uma surpresa que precisa ser melhor compreendida", disse ele. "Compreender os detalhes ajudará a otimizar ainda mais o material, talvez para encontrar outras alternativas eficientes semelhantes e nos dar a chance de melhorar as aplicações baseadas em semicondutores de perovskita."
O grupo aponta que os dispositivos Perovskita atualmente têm duas desvantagens principais.
Em primeiro lugar, todos os dispositivos mais eficientes contêm chumbo tóxico e os esforços para substituí-lo por elementos menos tóxicos até agora foram apenas parcialmente bem-sucedidos. Em segundo lugar, os dispositivos de Perovskita têm uma vida útil reduzida em comparação com os dispositivos de silício.
"Embora a estabilidade dos dispositivos perovskita tenha aumentado dramaticamente nos últimos anos, ainda não entendemos e não superamos todos os seus mecanismos de degradação" (Schmidt-Mende).
Muitos pesquisadores estão trabalhando em painéis solares e, com a possibilidade de ajustar o bandgap, as Perovskitas são intrigantes para aplicações em tandem, onde podem ser combinadas com um painel solar de silício já estabelecido.
"Outras aplicações são diodos emissores de luz, onde a cor da luz emitida pode ser ajustada ajustando a composição química da Perovskita", disse Schmidt-Mende. "Quanto a outros semicondutores, a lista de possíveis aplicações é longa e estamos apenas começando a entender esse material e seu potencial."
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Anotações da tradução:
1 - Os Haletos ou Halogenetos são moléculas diatómicas dos elementos do grupo 17 da tabela periódica, ou seja, dos halogêneos em estado de oxidação -1. Suas características químicas e físicas lhe fazem ser parecidos do cloreto até o iodeto, sendo uma exceção o fluoreto (WIkipedia).
2 - A Perovskita, é um mineral relativamente raro ocorrendo na forma de cristais ortorrômbicos. A perovskita ocorre em rochas metamórficas e associada a intrusões máficas, a sienitos nefelínicos e raramente a carbonatitos (Wikipédia).
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Anotações do consultor:
Tinta solar é mais uma fonte de energia limpa e ainda mais barata que está sendo desenvolvida para um futuro em que cada vez mais precisamos de energias renováveis
Atualmente existem estudos das seguintes:
Tinta solar com hidrogênio
Tinta fotovoltaica em nano escala
Tinta Solar Perovskite
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Story Source: Materials provided by American Institute of Physics. Note: Content may be edited for style and length.
Journal Reference:
Lukas Schmidt-Mende, Vladimir Dyakonov, Selina Olthof, Feray Ünlü, Khan Moritz Trong Lê, Sanjay Mathur, Andrei D. Karabanov, Doru C. Lupascu, Laura M. Herz, Alexander Hinderhofer, Frank Schreiber, Alexey Chernikov, David A. Egger, Oleksandra Shargaieva, Caterina Cocchi, Eva Unger, Michael Saliba, Mahdi Malekshahi Byranvand, Martin Kroll, Frederik Nehm, Karl Leo, Alex Redinger, Julian Höcker, Thomas Kirchartz, Jonathan Warby, Emilio Gutierrez-Partida, Dieter Neher, Martin Stolterfoht, Uli Würfel, Moritz Unmüssig, Jan Herterich, Clemens Baretzky, John Mohanraj, Mukundan Thelakkat, Clément Maheu, Wolfram Jaegermann, Thomas Mayer, Janek Rieger, Thomas Fauster, Daniel Niesner, Fengjiu Yang, Steve Albrecht, Thomas Riedl, Azhar Fakharuddin, Maria Vasilopoulou, Yana Vaynzof, Davide Moia, Joachim Maier, Marius Franckevičius, Vidmantas Gulbinas, Ross A. Kerner, Lianfeng Zhao, Barry P. Rand, Nadja Glück, Thomas Bein, Fabio Matteocci, Luigi Angelo Castriotta, Aldo Di Carlo, Matthias Scheffler, Claudia Draxl. Roadmap on organic–inorganic hybrid perovskite semiconductors and devices. APL Materials, 2021; 9 (10): 109202 DOI: 10.1063/5.0047616
Tradução de Elise Gomes