Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Suzhou, em colaboração com a Universidade Politécnica de Hong Kong, criou uma camada compósita que não contém índio. Este material utiliza uma ponte molecular entre o perovskita e o silício para aumentar a eficiência e a estabilidade a longo prazo das células solares tandem.
Superando Barreiras Críticas
Pesquisadores da Universidade de Suzhou, liderados pelos professores Yan Xinbo e Zhang Xiaohun, em colaboração com a Universidade Politécnica de Hong Kong e vários parceiros da indústria fotovoltaica, desenvolveram essa camada compósita. Ela forma uma ponte molecular entre as camadas de perovskita e silício cristalino em células solares tandem. Esta conquista resolve dois problemas sérios enfrentados pelas células fotovoltaicas tandem baseadas em perovskita e silício: perdas de carga na interface dos dois materiais e a redução da estabilidade a longo prazo, que impedia a implementação comercial dessas arquiteturas.
Princípio de Funcionamento da Ponte Molecular
A ponte molecular funciona no nível atômico. A equipe de Suzhou desenvolveu uma monocamada auto-montável que se liga quimicamente tanto à superfície do perovskita quanto à superfície do silício. Isso cria um caminho eletrônico contínuo para transporte eficiente de carga, ao mesmo tempo que passiva os defeitos e suprime a recombinação radiativa.
Importância da Eliminação do Índio
A eliminação do uso de índio é de suma importância. O óxido de índio-estanho foi tradicionalmente usado como camada condutora transparente em telas e dispositivos fotovoltaicos. No entanto, o índio é classificado como um material crítico, sujeito a riscos de concentração na cadeia de suprimentos e a custos crescentes causados pela demanda da indústria de telas. A nova camada compósita exclui completamente o índio, substituindo-o por materiais mais acessíveis e menos caros que fornecem transparência óptica e condutividade elétrica comparáveis ou superiores. Essa substituição elimina tanto a barreira de custo para a comercialização das células solares tandem quanto o risco de interrupção do fornecimento de material, que preocupava a indústria fotovoltaica.
Perspectivas de Industrialização
Esta pesquisa marca um progresso no caminho para a industrialização de tecnologias de próxima geração em fotovoltaica. Teoricamente, as células tandem de perovskita-silício podem demonstrar eficiências superiores ao limite de Shockley-Queisser para células de silício de junção única, que é de cerca de 29%. Células tandem laboratoriais já ultrapassaram 33% de eficiência, mas a tradução desses resultados em produtos comercialmente viáveis exige a resolução de problemas de estabilidade da interface e escalabilidade de produção, nos quais a abordagem da ponte molecular se concentra. O trabalho da equipe de Suzhou sugere que a engenharia molecular na interface perovskita-silício pode simultaneamente aumentar a eficiência e a vida útil operacional, eliminando dois obstáculos mais críticos no caminho para a comercialização. O modelo de colaboração entre universidade e indústria acelera a transição de desenvolvimentos laboratoriais para a produção. Com o sucesso na escalabilidade, a técnica da ponte molecular pode fortalecer a liderança da China no setor de energia solar, ao mesmo tempo que reduz a dependência do índio.