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Físicos nos Estados Unidos superaram um grande obstáculo no caminho da comercialização de células solares criadas com perovskitas haletos como um substituto de baixo custo e maior eficiência para o silício ao gerar eletricidade a partir do sol.
Publicado na revista Ciênciaa pesquisa de energia limpa liderada pela Universidade de Toledo em colaboração com a Universidade de Washington, Universidade de Toronto, Universidade Northwestern e Laboratórios Federais Suíços para Ciência e Tecnologia de Materiais resolveu o problema com a durabilidade das células solares de perovskita, levando a tecnologia um passo adiante mais perto de alimentar painéis solares no mercado consumidor.
“As células solares de perovskita oferecem uma rota para reduzir o custo da eletricidade solar devido à sua alta eficiência de conversão de energia e baixo custo de fabricação”, disse o Dr. Comercialização. “No entanto, precisávamos fortalecer a resistência da tecnologia emergente de células solares durante a operação externa.”
A tecnologia precisa sobreviver por décadas ao ar livre em todos os tipos de clima e temperaturas sem corrosão ou quebra.
“Esse desafio não é mais um obstáculo para a implantação do potencial das células solares de perovskita”, disse Yan. “Nosso trabalho inovador melhorou a estabilidade do dispositivo e apresenta maneiras de alcançar o sucesso após uma década de pesquisa e desenvolvimento.”
A equipe descobriu o ingrediente que melhora a adesão e resistência mecânica.
Os pesquisadores demonstraram experimentalmente que as células solares de perovskita tratadas com 1,3-bis(difenilfosfino)propano (DPPP), uma molécula base de difosfina de Lewis, mantiveram uma alta eficiência de conversão de energia e exibiram durabilidade superior após operação contínua sob iluminação solar simulada por mais de 3.500 horas , ou mais de 145 dias.
Eles usaram o que é chamado de iluminação solar única, que é equivalente à luz solar externa.
“As moléculas de base de Lewis contendo fosfina com dois átomos doadores de elétrons têm uma forte ligação com a superfície da perovskita”, disse Yan. “Vimos os efeitos benéficos robustos na qualidade do filme de perovskita e no desempenho do dispositivo quando tratamos as células solares de perovskita com DPPP”.
“O DPPP também é um produto comercializado com baixo custo e fácil acessibilidade, o que o torna adequado para a comercialização de células solares de perovskita”, disse o Dr. Zhaoning Song, professor assistente de pesquisa no laboratório de Yan na UToledo e um dos autores do novo papel.
Os pesquisadores dizem que o próximo passo para avançar a tecnologia é empregar suas descobertas para tornar os painéis de perovskita estáveis.
Dr. Chongwen Li, o primeiro autor do estudo e ex-aluno da UToledo, trabalhou com Yan como aluno de pós-graduação. Li obteve seu Ph.D. em física pela UToledo em 2020. É pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Toronto.
“Continuar a explorar a potencialidade da estabilidade das células solares de perovskita é uma prioridade crucial para a descarbonização contínua da economia mundial”, disse Li. “Após a demonstração bem-sucedida do DPPP na melhoria da estabilidade das células solares de perovskita, estamos aplicando-o ainda mais a painéis solares de perovskita de grande área e movendo o protótipo do dispositivo para a comercialização”.
A UToledo é pioneira em pesquisa e desenvolvimento de energia solar há mais de 30 anos.
Já se passou uma década desde que a equipe de Yan na UToledo identificou as propriedades ideais das perovskitas, materiais compostos com uma estrutura cristalina especial formada por química, e começou a concentrar seus esforços em unir duas células solares diferentes para aumentar a energia elétrica total gerada usando duas partes diferentes do espectro solar.
Em novembro, uma equipe de cientistas da UToledo, da Universidade de Toronto e da Northwestern University colaborou para criar uma célula solar tandem totalmente perovskita com voltagem recorde. A pesquisa foi publicada na revista Natureza.
“Noroeste de Ohio é líder global em tecnologia solar, e a Universidade de Toledo tem estado na vanguarda de avanço após avanço. homens e mulheres se beneficiam de uma crescente indústria solar”, disse a congressista Marcy Kaptur (OH-09), membro do Subcomitê de Apropriações da Câmara para Desenvolvimento de Energia e Água. “Como membro líder em Desenvolvimento de Energia e Água, continuarei a defender investimentos inteligentes para fortalecer a independência energética americana.”
O Wright Center for Photovoltaics Innovation and Commercialization foi criado na UToledo em 2007 para apoiar a pesquisa e fabricação de energia solar com US$ 18,6 milhões em apoio do Departamento de Desenvolvimento de Ohio, juntamente com contribuições equivalentes de US$ 30 milhões de agências federais, universidades e parceiros industriais.
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