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Célula solar flexível à base de perovskita com 21,0% de eficiência e alta durabilidade

Pesquisadores internacionais colocaram uma camada de revestimento de perovskita de haleto de metal de baixa dimensão sobre um filme feito do mesmo material para fornecer encapsulamento hermeticamente selado e melhores propriedades de fotocarregagem.

Imagem: brown.edu

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Um grupo internacional de pesquisadores desenvolveu uma célula solar de perovskita de filme fino flexível com eficiência de 21,0%.

A camada de perovskita para a célula, que tem um design “nip”, foi fabricada com uma camada de revestimento de haleto de metal colocada no topo de um filme tridimensional de perovskita de haleto de metal. Este projeto, de acordo com os cientistas, fornece um encapsulamento hermeticamente selado, que é tradicionalmente difícil de obter em células de perovskita flexível, e também melhora as propriedades fototransportadoras na interface entre o filme de perovskita e a camada de transporte de orifícios (HTL).

“Esta camada de revestimento de baixa dimensão (LD) não só reduz a propensão do celad a fraturar quando dobrado, mas também fornece proteção contra a entrada de elementos ambientais”, explicaram os acadêmicos no estudo ” Células solares de perovskita flexível com eficiência aprimorada simultaneamente, estabilidade operacional e confiabilidade mecânica “, que foi publicado recentemente na Joule .

O precursor de perovskita foi depositado por spin coating em substratos feitos de óxido de estanho fluorado (FTO) e vidro, seguido por recozimento térmico a 100 C. A camada de perovskita foi interposta entre uma camada de transporte de elétrons de óxido de estanho (IV) (SnO2) e o camada de transporte de furo feita de Spiro-OMeTAD. Óxido de índio e estanho (ITO) e prata (Au) foram usados ​​como eletrodos condutores em ambos os lados da célula.

O dispositivo exibiu uma densidade de corrente de curto-circuito de 23,5 mA.cm2, uma tensão de circuito aberto de 1,15 V, um fator de preenchimento (FF) de 0,779 e uma eficiência de conversão de energia de 21,0%. Os acadêmicos descreveram esses resultados como sem precedentes. Uma célula com a mesma arquitetura, mas sem o revestimento de perovskita, apresentou uma eficiência de 18,4%. A célula conectada, além disso, mostrou uma degradação de apenas até 90% da eficiência inicial após 800 horas, enquanto o dispositivo destampado degradou-se para 79% após 475 horas.

Os pesquisadores também analisaram a célula solar por meio de testes cíclicos de flexão e descobriram que filmes finos têm durabilidade flex “sem precedentes”, já que as células podem reter 81% de sua eficiência inicial após 20.000 ciclos. Este valor para células sem a camada de cobertura foi de apenas 54%.

“Essa resistência à rachadura em filmes finos tem efeitos benéficos em cascata”, disseram os pesquisadores. “Em primeiro lugar, a camada de sobreposição, além de proteger a película fina subjacente da degradação ambiental, reduz as rachaduras na película fina, evitando ainda mais o ataque ambiental.”

O grupo de pesquisa incluiu cientistas da Brown University nos Estados Unidos e da École polytechnique fédérale de Lausanne, bem como da Dalian University of Technology e da Shaanxi Normal University na China.

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