Células solares em tandem de silício de perovskita com uma diferença de banda de perovskita ótima

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Células solares em tandem de silício de perovskita com uma
diferença de banda de perovskita ótima
Um grupo de pesquisadores de Freiburg apresenta uma nova célula solar em tandem para romper os limites teóricos
atuais.
Nas últimas décadas, a indústria global fotovoltaica (PV) viu o crescimento de pedidos de magnitude impulsionado
por reduções contínuas de custos de células solares de silício. Sendo uma alavancagem importante para a redução
de custos, a indústria tem se concentrado principalmente em aumentar a eficiência de conversão de energia dessas
células. Atualmente, o desenvolvimento de células solares de silício de alta eficiência está, no entanto, abordando
seu limite teórico de eficiência de 29,4%.
Como próximo passo, o conceito de células solares em tandem baseadas em silício está prometendo quebrar esse
limite. Empilando duas células solares em cima uma da outra, a célula superior – com um material de alta faixa –
utiliza fótons de alta energia, enquanto a célula de fundo de silício utiliza fótons de baixa energia. Um candidato ideal
para o material de célula solar superior é a perovskita de haleto metálico, que possui uma estrutura cristalina ABX 3.
As células solares de perovskita fizeram progressos notáveis em termos de eficiência e custo de processamento.
Além disso, eles têm uma lacuna de banda sintonizável – o parâmetro que determina qual parte do espectro solar é
utilizada.
O maior potencial de eficiência (aprox. 35%) é previsto computacionalmente para uma diferença de banda de
perovskita ótima de aproximadamente 1,7 eV. No entanto, muitas composições de perovskita com tal lacuna de
banda são instáveis, pois apresentam uma mistura de iodeto e brometo na posição de haleto X com alto teor de
brometo, levando à segregação de haleto sob iluminação - a chamada instabilidade de foto. Para evitar a foto-
instabilidade, a maioria das literaturas sobre dispositivos tandem de silício de perovskita implementa uma
composição de perovskita com um teor de brometo reduzido e, portanto, uma lacuna de banda menor.
Nossa equipe do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar ISE está trabalhando em células solares em
tandem de silício de perovskita eficientes e recentemente conseguiu realizar um dispositivo em tandem de silício de
perovskita estável com uma lacuna de banda ideal atingindo 25,1% de eficiência certificada. As perovskitas de
halogeneto metálico são muito versáteis, mas encontrar a composição certa é a chave para alta eficiência e boa
estabilidade.
Como o alto conteúdo de brometo em perovskitas de halogenetos mistos desencadeia principalmente a
incapacidade da foto, reduzimos cuidadosamente sua quantidade. Para contrabalançar a redução de lacuna de
banda correspondente e manter a diferença de banda ideal, ajustamos a relação cátion na posição A, aumentando o
conteúdo do césio. Embora o cátion tenha apenas um efeito indireto e estérico na lacuna de banda, ele ainda pode
ser usado para ajuste de folga de banda em um determinado prolongamento. A maioria das células solares de
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perovskita mostra uma redução no desempenho ao longo do tempo devido à foto-instabilidade ou degradação.
Nossos dispositivos não encapsulados mostraram um aumento na eficiência ao longo de vários meses.
Para identificar novas oportunidades de melhoria, medições de rendimento quântico de fotoluminescência calibradas
foram realizadas em colaboração com a Universidade de Potsdam. Este método permite uma investigação
detalhada das perdas interfaciais da pilha de células superiores de perovskita. Neste curso, identificou-se a interface
entre a perovskita e o material de transporte de elétrons para causar perdas de recombinação indesejáveis. Vimos
que camadas finas de passivação, como camadas de polímero, podem reduzir as perdas de recombinação e
potencialmente aumentar a eficiência em tandem. Combinado com uma melhoria da corrente, esperamos que
pesquisas futuras possam atingir até 30% de eficiência com o absorvedor de perovskita adaptado com um intervalo
de banda ideal.
Pesquisas futuras se concentrarão na ampliação e na estabilidade a longo prazo dos dispositivos em tandem. Nesse
sentido, a deposição de vácuo e o revestimento por pulverização têm sido identificados como opções viáveis para
aproximar os processos laboratoriais da produção comercial.
a) Esquete de uma célula solar em tandem de silício de perovskita mostrando o princípio da conversão eficiente da luz solar. b) Fotog
substrato tandem de silício de perovskita constituído por quatro células solares em tandem individuais. c) I-V característica de uma cé
tandem de silício de perovskita certificada com implementação de um absorvedor de perovskita com uma faixa ideal atingindo 25,1% 
[SolarrigL, DOI: 10.1002/solr.202000152]
Referência: P. S. (em inglês). C. (em inglês). Outros produtos Schulze et al. 25,1% Alta Eficiência Monolítica
Perovskita Silônica Tandem Célula Solar com Absorrever de Perovskita de Gapa Alta de Banda. Solar RRL (2020)
(em inglês). DOI: 10.1002/solr.202000152
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/solr.202000152
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/solr.202000152