Os cientistas se aproximam da criação de painéis solares altamente eficientes – perovskitas 2D mostram um potencial impressionante

Um dos desafios científicos da última década é o uso das propriedades de minerais incomuns como perovskitas na produção de semicondutores, baterias e geração de energia solar. Em particular, ao longo de dez anos de pesquisa, a eficiência das perovskitas no campo da produção de energia solar cresceu de 3% para 25% e pode crescer muito mais se uma série de problemas técnicos forem resolvidos. E os cientistas estão gradualmente resolvendo-os.

Fonte da imagem: Jeff Fitlow / Rice University

Pesquisadores da Rice University estudaram camadas atomicamente finas de perovskita e fizeram uma descoberta surpreendente. Descobriu-se que a luz do sol faz com que as redes atômicas das estruturas de perovskita mais finas (literalmente – bidimensionais) se contraiam fisicamente em todas as direções, o que aumenta drasticamente a condutividade dos elétrons. A intensidade da luz em “um sol” comprimiu as camadas de perovskita 2D em 0,4% horizontalmente e 1% verticalmente, e isso foi o suficiente para atingir uma taxa inesperadamente recorde de crescimento de eficiência.

A compressão não ocorreu instantaneamente, mas em 10 minutos. Aumentar a intensidade da luz para cinco vezes o nível normal resultou em um efeito em 1 minuto. Após desligar a iluminação, a estrutura atômica do material foi restaurada ao seu estado anterior. Testando o material no escuro com aquecimento mostrou que o aumento da temperatura não leva ao aparecimento do efeito de compressão da rede cristalina, mas mostra o processo normal de seu aumento, como deveria ser na física. Em outras palavras, o efeito de encolhimento da rede atômica em perovskita 2D causa um fluxo de fótons na luz solar.

A descoberta em si é bastante significativa. Os fótons interagem muito, muito mal com a matéria. Essa interação leva ao aparecimento de quasipartículas (excitons e outros) e pode criar pontos de apoio para descobertas em fotônica – o campo do uso de fótons em semicondutores. Quanto aos experimentos na Rice University, a transição de perovskitas 3D para estruturas 2D de camadas atômicas de perovskita aumentou a eficiência da transferência de elétrons em 18% de uma vez, enquanto normalmente o aumento na eficiência a cada nova descoberta é de alguns por cento. Este é um forte indício de um avanço que poderia levar a painéis solares de perovskita de alta eficiência no mercado.