Pesquisadores do GIST desenvolveram um minimódulo de perovskita com eficiência de 22,56% ao melhorar a camada de transporte de elétrons SnO₂ com PEI, reduzindo defeitos e perda de elétrons. O módulo manteve 94% de seu desempenho após 500 horas, destacando o potencial para células e módulos solares de perovskita escaláveis e estáveis.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) da Coreia do Sul fabricou um minimódulo de perovksita com área ativa de 24,8 cm² e eficiência de conversão de energia de 22,56%.
Os pesquisadores explicaram que, à medida que a área de uma célula solar ou minimódulo aumenta, a formação de uma camada uniforme de perovskita se torna mais desafiadora. Essa não uniformidade aumenta as perdas de elétrons durante o transporte de carga, resultando em redução da eficiência e estabilidade.
Para resolver essa questão, a equipe focou na engenharia da interface da camada de transporte de elétrons (ETL). Eles selecionaram óxido de estanho (SnO₂), o material ETL mais comumente usado em células solares de perovskita. No entanto, o SnO₂ normalmente apresenta baixa molhabilidade superficial, o que pode levar a filmes de perovskita irregulares e defeitos microscópicos que atuam como vias de perda de elétrons.
Para superar essa limitação, os cientistas adotaram o que descreveram como uma abordagem “simples”, incorporando o polímero polietilenemina (PEI) na camada de SnO₂ durante o processo inicial de formação do ETL.
“O PEI preenche defeitos microscópicos na superfície do SnO₂, reduzindo a perda de elétrons e melhorando o ambiente elétrico na interface, facilitando assim o transporte suave de elétrons”, relataram os pesquisadores. “Isso reduz a barreira de transporte de elétrons dentro da célula solar, melhorando simultaneamente a eficiência e a estabilidade.”
Eles acrescentaram que, ao controlar precisamente a interface ETL, filmes de perovskita de alta qualidade poderiam ser produzidos com variação mínima de desempenho, mesmo em grandes áreas e sem etapas adicionais de processamento. “Essa abordagem é particularmente vantajosa para métodos de fabricação adequados para produção em massa, como processos de filme fino baseados em impressão”, observou a equipe.
Usando essa arquitetura de dispositivo, os pesquisadores alcançaram uma eficiência de conversão de potência de 24,49% em uma célula de pequena área e 22,56% no minimódulo. O minimódulo também manteve 94% de seu desempenho inicial após 500 horas de operação.
“Alta eficiência e estabilidade foram mantidas consistentemente não apenas em células de pequena área, mas também em módulos de células solares de grande área, aumentando significativamente as perspectivas de produção em massa e comercialização”, disseram os pesquisadores.
O novo design da célula foi apresentado em “Dual-Function Interface Engineering of SnO2 Electron Transport Layers: Wettability Enhancement and Work Function Tuning for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells and Minimodules“, foi publicado recentemente na nano micro small.
