Pesquisadores em ICFO introduziram um pós-deposição no native técnica de passivação projetada para minimizar defeitos de superfície em células solares ultrafinas de nanocristais processadas em solução e ecologicamente corretas. Esta abordagem inovadora alcançou a maior eficiência de conversão de energia registrada para este tipo de célula photo voltaic até o momento.
Com a intensificação das alterações climáticas, as fontes de energia renováveis ganharam impulso, com as células solares na vanguarda desta transição. Em 2023, por exemplo, a energia photo voltaic fotovoltaica instalada em Espanha aumentou 28% em comparação com o ano anterior, representando 20,3% do cabaz energético do país – uma tendência que se reflecte de forma semelhante nos países ocidentais.
Apesar dos benefícios ambientais das células solares, muitas vezes elas dependem de materiais que não são totalmente sustentáveis.
A expansão da utilização da energia photo voltaic para além dos parques solares tradicionais, para alimentar edifícios, infraestruturas, sistemas IoT e até veículos, é cada vez mais vista como o futuro da energia renovável. Alcançar essa visão exige uma tecnologia de células solares que seja leve, econômica, flexível e ecologicamente correta. Em resposta, a comunidade científica está a concentrar-se em alternativas sustentáveis que não só mantenham ou melhorem a eficiência da produção de energia, mas também reduzam os custos de produção e simplifiquem os processos de fabrico das tecnologias solares existentes.
Sulfeto de bismuto de prata coloidal (AgBiS2) os nanocristais surgiram como uma alternativa promissora e ecologicamente correta para células solares. Conhecido por seu coeficiente de absorção excepcionalmente alto, AgBiS2 os nanocristais permitem a criação de absorvedores de filme ultrafino, ideais para aplicações solares. Embora a fabricação camada por camada já tenha produzido células solares com desempenho impressionante, passar desse método de deposição em várias etapas para uma abordagem simplificada e de etapa única é essencial para reduzir o desperdício de materials, diminuir custos e aumentar a escalabilidade na fabricação.
Desenvolvendo AgBiS2 tintas nanocristais poderiam tornar realidade essa abordagem de fabricação em uma única etapa. Desde 2020, vários estudos exploraram essa direção, mas o AgBiS2 os nanocristais ainda apresentam defeitos superficiais significativos, levando a uma baixa eficiência de conversão de energia em células solares.
As atuais técnicas de passivação de superfície, que visam resolver esses defeitos, revelaram-se ineficazes. Esses defeitos residuais prendem os portadores de carga gerados pela luz photo voltaic, causando recombinação e, em última análise, reduzindo a eficiência do dispositivo a níveis abaixo daqueles alcançados com o método camada por camada.
Para elevar a eficiência das células solares ecológicas a níveis competitivos, uma abordagem de passivação mais simples, porém mais eficaz, para AgBiS2 tinta nanocristal é necessária.
Num avanço recente, os investigadores do ICFO – Dr. Jae Taek Oh, Dr. Yongjie Wang, Dra. Carmelita Rodà, Dr. Debranjan Mandal, Dr. Gaurav Kumar e Dr. Man Luke Whitworth, sob a orientação do ICREA Prof.
O estudo da equipe, publicado em Energia e Ciência Ambientalapresenta uma pós-deposição no native técnica de passivação (P-DIP) que melhora a passivação da superfície e melhora significativamente as propriedades optoeletrônicas de filmes de tinta nanocristais. Este método inovador levou a células solares ultrafinas com eficiência de conversão de energia superior em comparação com aquelas produzidas com deposição em várias etapas, marcando um novo recorde de eficiência para células solares nanocristais sustentáveis.
Pós-Deposição no native Passivação para passivação de superfície melhorada
Pesquisadores do ICFO conseguiram passivar com sucesso falhas superficiais em sua folha de tinta nanocristal.
Think about uma estrada esburacada que retarda os carros. A passivação da superfície é como repavimentar a estrada, tornando-a mais suave para que os carros possam se mover sem ficarem presos. No nosso caso, a remoção de defeitos superficiais é muito importante para facilitar o transporte de portadores de carga criados a partir da absorção de luz em filmes nanocristais. Com o nosso método P-DIP, os transportadores de carga poderiam se mover sem “esbarrar em tantos obstáculos” dentro do AgBiS2 filme fino de nanocristais.
Dr. Jae Taek Oh, primeiro autor e pesquisador do estudo, ICFO
A mitigação eficaz de defeitos por meio de uma estratégia de passivação aprimorada resultou em maior qualidade do filme e, consequentemente, em células solares de melhor desempenho. Estas células alcançaram uma eficiência de aproximadamente 10%, superando a do AgBiS anterior2 células solares baseadas em nanocristais produzidas através de métodos de deposição de etapa única e camada por camada.
Para alcançar esses resultados, a equipe de pesquisa sintetizou AgBiS2 tinta nanocristal através da introdução de um agente molecular multifuncional contendo cloro. A estrutura molecular desse agente ajudou a estabilizar os nanocristais e garantiu uma dispersão uniforme na solução – ambos essenciais para a criação de revestimentos lisos.
Após a deposição do filme, a equipe aplicou passivação adicional ao AgBiS2 superfícies nanocristalinas. Este específico no native a técnica de passivação estendeu a vida útil do transportador e otimizou o transporte do transportador dentro do filme, ambos críticos para aumentar a eficiência da célula photo voltaic. Juntos, estes factores permitiram o desempenho sem precedentes que os investigadores do ICFO demonstraram neste estudo, estabelecendo uma nova referência para a tecnologia sustentável de células solares.
Referência do periódico:
Ah, JT, e outros. (2024) Passivação In-Situ Pós-Deposição de AgBiS2 Tintas nanocristais para células solares ultrafinas de alta eficiência. Energia e Ciência Ambiental. doi.org/10.1039/d4ee03266g.