{"id":8985,"date":"2020-09-30T15:16:24","date_gmt":"2020-09-30T18:16:24","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/?p=8985"},"modified":"2020-10-31T16:59:54","modified_gmt":"2020-10-31T19:59:54","slug":"artigo-em-destaque-perovskitas-aditivadas-para-celulas-solares-mais-estaveis","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-perovskitas-aditivadas-para-celulas-solares-mais-estaveis\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Perovskitas aditivadas para c\u00e9lulas solares mais est\u00e1veis."},"content":{"rendered":"

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O artigo cient\u00edfico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9:\u00a0Effect of the incorporation of poly(ethylene oxide) copolymer on the stability of perovskite solar cells.<\/strong><\/em>\u00a0Jeann Carlos da Silva, Francineide Lopes de Ara\u00fajo, Rodrigo Szostak, Paulo Ernesto Marchezi, Raphael Fernando Moral, Jilian Nei de Freitas\u00a0 and\u00a0 Ana Fl\u00e1via Nogueira. J. Mater. Chem. C, 2020,8, 9697-9706.<\/div>\n

Perovskitas aditivadas para c\u00e9lulas solares mais est\u00e1veis<\/strong><\/p>\n

\""Sandu\u00edche"
“Sandu\u00edche” de materiais que forma a c\u00e9lula solar de perovskita desenvolvida pela equipe brasileira.<\/figcaption><\/figure>\n

Gra\u00e7as \u00e0s contribui\u00e7\u00f5es de grupos de pesquisa de diversos pa\u00edses, as c\u00e9lulas solares baseadas em perovskitas tornaram-se rapidamente competitivas em termos de efici\u00eancia de convers\u00e3o de energia \u2013 a porcentagem de energia solar que \u00e9 convertida em energia el\u00e9trica – alcan\u00e7ando valores acima de 25%.\u00a0Infelizmente, a boa efici\u00eancia conquistada para essas c\u00e9lulas solares n\u00e3o se mant\u00e9m ao longo de seu tempo de uso, principalmente por causa da instabilidade da sua camada ativa. Composta por materiais da fam\u00edlia das perovskitas, essa camada do \u201csandu\u00edche\u201d de materiais que forma uma c\u00e9lula solar \u00e9 a respons\u00e1vel por absorver a luz. Face \u00e0 umidade, e at\u00e9 mesmo \u00e0 pr\u00f3pria luz, a perovskita se degrada e atenta contra a vida \u00fatil da c\u00e9lula solar.<\/p>\n

O problema tem ocupado muitos pesquisadores da \u00e1rea, entre eles, os do Laborat\u00f3rio de Nanotecnologia e Energia Solar (LNES), da Unicamp, liderado pela professora Ana Fl\u00e1via Nogueira<\/a>.\u00a0Em pesquisa recentemente reportada no Journal of Materials Chemistry C <\/em>(fator de impacto\u00a07,059), membros do LNES conseguiram produzir filmes de perovskita mais est\u00e1veis frente \u00e0 umidade e ilumina\u00e7\u00e3o. Com eles, fabricaram c\u00e9lulas solares que apresentaram perdas de efici\u00eancia menores ao\u00a0longo\u00a0do tempo.<\/p>\n

\"A
A adi\u00e7\u00e3o do copol\u00edmero P(EO\/EP) melhorou a estabilidade da perovskita de MAPbI3.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n

A estrat\u00e9gia adotada foi a de adicionar \u00e0 perovskita um composto que lhe outorga estabilidade sem interferir negativamente na sua estrutura cristalina, da qual emergem propriedades essenciais para seu uso em c\u00e9lulas solares. O aditivo escolhido, um copol\u00edmero (pol\u00edmero formado por dois mon\u00f4meros diferentes), foi adicionado em diferentes concentra\u00e7\u00f5es \u00e0 solu\u00e7\u00e3o de iodeto de chumbo e iodeto metilam\u00f4nio, a qual, ao cristalizar, forma um filme de perovskita modificado e mais est\u00e1vel.<\/p>\n

Os pesquisadores usaram a t\u00e9cnica de\u00a0spin coating<\/em>\u00a0para preparar filmes de perovskita pura e de perovskita \u201caditivada\u201d. Em um teste de degrada\u00e7\u00e3o do material, os autores expuseram as amostras \u00e0 luz e umidade ambiente durante nove dias e observaram sua degrada\u00e7\u00e3o, que ficou vis\u00edvel a olho nu pelo amarelamento dos filmes, cuja cor original \u00e9 quase preta. Nas amostras com aditivo, a degrada\u00e7\u00e3o foi retardada em alguns dias com rela\u00e7\u00e3o \u00e0s amostras de perovskita pura.<\/p>\n

Outro teste realizado pela equipe mostrou a capacidade dos filmes de se regenerarem ap\u00f3s uma degrada\u00e7\u00e3o inicial provocada pela exposi\u00e7\u00e3o a\u00a0um umidificador. As amostras aditivadas n\u00e3o apenas se\u00a0degradaram\u00a0menos, como tamb\u00e9m se\u00a0regeneraram\u00a0de forma espont\u00e2nea, quase totalmente, trinta segundos ap\u00f3s a retirada da fonte de umidade – um fen\u00f4meno conhecido como healing<\/em>– como pode ser visto neste v\u00eddeo<\/a>.<\/strong><\/p>\n

\u201cNeste trabalho foi demonstrado que a incorpora\u00e7\u00e3o de um copol\u00edmero a base de poli(\u00f3xido de etileno) \u00e0 camada de perovskita consegue retardar e, em alguns casos, at\u00e9 reverter o processo de degrada\u00e7\u00e3o do filme frente a umidade e ilumina\u00e7\u00e3o\u201d, resume\u00a0Jeann Carlos da Silva<\/a>, coautor do artigo.<\/p>\n

\"box\"Para estudar detalhadamente a estrutura e composi\u00e7\u00e3o dos filmes, os autores usaram uma s\u00e9rie de t\u00e9cnicas de caracteriza\u00e7\u00e3o, inclusive uma t\u00e9cnica de difra\u00e7\u00e3o de raios X (in situ<\/em> GWAXS), dispon\u00edvel no Laborat\u00f3rio Nacional de Luz S\u00edncrotron (LNLS), que permitiu monitorar\u00a0o processo de fabrica\u00e7\u00e3o dos filmes.\u00a0A partir do conjunto de resultados da caracteriza\u00e7\u00e3o, os autores conseguiram explicar o mecanismo que gera o efeito protetor nos filmes de perovskita aditivados. De acordo com eles, o efeito ocorre, principalmente, devido \u00e0 intera\u00e7\u00e3o que o copol\u00edmero realiza, por meio de liga\u00e7\u00f5es de hidrog\u00eanio, com o c\u00e1tion\u00a0metilam\u00f4nio\u00a0da perovskita. Nos filmes n\u00e3o aditivados, luz e umidade fazem com que parte do\u00a0metilam\u00f4nio\u00a0passe ao estado gasoso e acabe saindo da estrutura da perovskita, gerando a degrada\u00e7\u00e3o, parcialmente irrevers\u00edvel.\u00a0\u00a0J\u00e1 nos filmes aditivados, o copol\u00edmero consegue reter o\u00a0metilam\u00f4nio, o que\u00a0gera filmes mais est\u00e1veis e com maior capacidade de regenera\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

\u201cDesse estudo, tamb\u00e9m foi poss\u00edvel investigar a din\u00e2mica de cristaliza\u00e7\u00e3o da perovskita contendo o copol\u00edmero e entender os mecanismos de forma\u00e7\u00e3o perovskita\/copol\u00edmero em condi\u00e7\u00f5es de umidade e ilumina\u00e7\u00e3o\u201d, destaca\u00a0Francineide Lopes de Ara\u00fajo<\/a>, coautora do artigo. \u201cAl\u00e9m disso,\u00a0atrav\u00e9s\u00a0do uso de t\u00e9cnicas de caracteriza\u00e7\u00e3o como a difra\u00e7\u00e3o de raios-X\u00a0in situ<\/em>, o trabalho explora uma \u00e1rea importante para a compreens\u00e3o do material, oferecendo uma enorme contribui\u00e7\u00e3o para a comunidade cient\u00edfica e abrindo novas perspectivas de investiga\u00e7\u00f5es sobre a aplica\u00e7\u00e3o de pol\u00edmeros no processo de forma\u00e7\u00e3o e fabrica\u00e7\u00e3o de c\u00e9lulas solares de perovskita\u201d, completa.<\/p>\n

Finalmente, a equipe cient\u00edfica fabricou c\u00e9lulas solares usando os filmes de perovskita com e sem aditivo como camada ativa, e comparou sua efici\u00eancia de convers\u00e3o de energia. Inicialmente, a presen\u00e7a do copol\u00edmero diminuiu a efici\u00eancia dos dispositivos, j\u00e1 que, por ser um material isolante, ele prejudica a transfer\u00eancia de cargas el\u00e9tricas. Contudo, nos testes de estabilidade, nos quais os dispositivos foram expostos a umidade e luminosidade durante vinte dias, as c\u00e9lulas de perovskita aditivada tiveram melhor desempenho.<\/p>\n

Em n\u00fameros: enquanto as c\u00e9lulas solares de perovskita pura iniciaram com 17% de efici\u00eancia e mantiveram 47% desse valor no final do teste, os dispositivos de perovskita contendo 1,5 mg mL-1\u00a0<\/sup>% de copol\u00edmero tiveram uma efici\u00eancia inicial de cerca de 15%, mas mantiveram 68% dela depois dos 20 dias de teste.<\/p>\n

\u201cO problema da estabilidade das c\u00e9lulas solares de perovskita infelizmente n\u00e3o p\u00f4de ser solucionado de maneira definitiva atrav\u00e9s dessa pesquisa, no entanto, foi explorada uma importante via de prote\u00e7\u00e3o do material, principalmente contra exposi\u00e7\u00e3o agressiva \u00e0 umidade e ilumina\u00e7\u00e3o, que futuramente pode ser combinada com outros mecanismos de prote\u00e7\u00e3o\u201d,\u00a0resume\u00a0Jeann Carlos da Silva.\u00a0\u201cA pesquisa tamb\u00e9m refor\u00e7a a viabilidade de se incorporar compostos extr\u00ednsecos \u00e0 perovskita como agentes de prote\u00e7\u00e3o\u201d, completa.<\/p>\n

Este trabalho foi iniciado no LNES em 2016, no mestrado de Jeann Carlos da Silva, logo ap\u00f3s o desenvolvimento, nesse mesmo laborat\u00f3rio, do primeiro prot\u00f3tipo de c\u00e9lula solar de perovskita do Brasil. A pesquisa foi finalizada atrav\u00e9s da colabora\u00e7\u00e3o da p\u00f3s doutoranda Francineide Lopes de Ara\u00fajo e de outros membros e ex-membros do grupo, sempre sob orienta\u00e7\u00e3o da professora Ana Fl\u00e1via.<\/p>\n

O estudo contou com financiamento das ag\u00eancias brasileiras FAPESP, CNPq e CAPES, e \u00e9 tema do projeto \u201cC\u00e9lulas Solares de Perovskita para Fotoss\u00edntese Artificial\u201d do\u00a0Center for Innovation on New Energies<\/em>\u00a0(CINE) com apoio da Shell e da Fapesp.<\/p>\n

\"Autores
Autores do artigo. A partir da esquerda: Jeann Carlos da Silva, Francineide Lopes de Ara\u00fajo, Rodrigo Szostak, Paulo Ernesto Marchezi, Raphael Fernando Moral, Jilian Nei de Freitas e Ana Fl\u00e1via Nogueira.<\/figcaption><\/figure><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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