Avanço significativo! Foi comprovado que o cloro altera completamente o desempenho das células solares

À medida que a nossa compreensão das células solares de perovskita se aprofunda, os cientistas estão a aprofundar-se nos materiais para observar a sua estrutura, a forma como os electrões fluem através deles e quaisquer obstáculos que limitem o desempenho.

Demonstrou-se que defeitos em materiais, especialmente nas fronteiras entre os grãos, causam problemas, levando à rápida degradação da estrutura quando exposta a UV ou umidade. Entre os muitos métodos propostos para resolver este problema, as baterias dopadas com cloro mostraram melhorias significativas.

No entanto, os cientistas têm trabalhado arduamente para explicar porque é que o cloro produz estes efeitos, ou se ainda existe no material após a deposição. Este é o ponto de partida para um grupo de cientistas liderado pelo Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST). “A comunidade científica não sabe por que vê estas melhorias”, explicou o cientista do OIST, Afshan Jamshaid. “Uma vez adicionado, os pesquisadores não podem rastrear o cloro – eles não podem determinar se o cloro penetra no material da perovskita, permanece na superfície ou mesmo sai do material durante o processo de fabricação”.

Para fornecer uma resposta clara, Jamshaid e a equipe começaram a fabricar filmes solares de perovskita dopados com cloro e a examinar sua estrutura em nível atômico para confirmar a presença de cloro. Usando uma técnica de imagem chamada microscopia de varredura por tunelamento, eles observaram pontos escuros na superfície do filme fino, que não estavam presentes em amostras sem dopagem com cloro.

Foi confirmado que os pontos mais escuros na superfície do filme são átomos de cloro.

Então eles conseguiram calcular (com a ajuda de colaboradores da Universidade de Suzhou, na China) que essas manchas pretas eram manchas de iodo substituídas por cloro na estrutura da perovskita. Devido à presença de mais cloro nos limites dos grãos, eles agora suspeitam que o cloro pode ajudar a reduzir o número de defeitos superficiais no material e aumentar a sua estabilidade. Seu trabalho foi totalmente descrito em um artigo publicado na Energy and Environmental Science intitulado "Insights em escala atômica sobre como melhorar a estabilidade da superfície da perovskita de iodeto de chumbo de metilamônio por meio da deposição controlada de cloreto de chumbo".

O grupo também experimentou diferentes tempos de deposição para alterar a concentração final de cloro no material. Com isso, eles podem afirmar que 14,8% representa a concentração superficial ideal de cloro para melhorar a estabilidade. Qualquer melhoria menor não será tão significativa, e o cloro mais alto começará a alterar completamente as outras propriedades da perovskita.

Eles planejam continuar pesquisando como o cloro pode ser usado como agente dopante para perovskita, e o próximo passo é criar uma célula solar totalmente operável baseada em camadas de perovskita dopadas com cloro. “Pesquisas básicas como essa são muito importantes – elas ajudam os engenheiros de equipamentos a determinar o processo de fabricação ideal sem a necessidade de tentativas e erros excessivos”, disse Jamshaid. "Ao compreender como os dopantes podem melhorar os materiais, também pode nos guiar na descoberta de novas misturas químicas que possam ter melhores efeitos."