Gra\u00e7as ao seu potencial de aplica\u00e7\u00e3o no campo da tecnologia fotovoltaica, as perovskitas s\u00e3o um dos materiais funcionais mais estudados na atualidade. C\u00e9lulas solares de perovskitas j\u00e1 alcan\u00e7am uma efici\u00eancia de 25% na convers\u00e3o de\u00a0energia\u00a0luminosa em el\u00e9trica, ultrapassando o porcentual das c\u00e9lulas de sil\u00edcio policristalino \u2014 ainda as mais comercializadas no mundo. O grande diferencial da nova tecnologia \u00e9 a fabrica\u00e7\u00e3o mais simples, barata e menos impactante para o meio ambiente.<\/p>\n
\u201cAs c\u00e9lulas de sil\u00edcio s\u00f3 podem ser fabricadas em ambientes com elevado controle de particulados e demandam temperaturas que v\u00e3o a mais de 1.500\u00ba C. Por isso, embora seu pre\u00e7o tenha ca\u00eddo bastante nos \u00faltimos anos, os pain\u00e9is solares \u00e0 base de sil\u00edcio s\u00e3o muito caros. Em nosso laborat\u00f3rio, estamos produzindo filmes de perovskita a partir de solu\u00e7\u00f5es, tamb\u00e9m chamadas de tintas, em temperatura ambiente\u201d, disse Ana Fl\u00e1via Nogueira, professora do Instituto de Qu\u00edmica da Universidade Estadual de Campinas (IQ-Unicamp) e pesquisadora respons\u00e1vel pela Divis\u00e3o de Portadores Densos de Energia do Centro de Inova\u00e7\u00e3o em Novas Energias (CINE).<\/p>\n
O CINE \u00e9 um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) constitu\u00eddo pela FAPESP e pela Shell.<\/p>\n
Juntamente com os pesquisadores H\u00e9lio Tolentino e Raul de Oliveira Freitas, do Laborat\u00f3rio Nacional de Luz S\u00edncrotron (LNLS), Nogueira coordenou um estudo de caracteriza\u00e7\u00e3o de filmes de perovskita h\u00edbrida. O trabalho resultou no artigo Nanoscale mapping of chemical composition in organic-inorganic hybrid perovskite films, publicado no peri\u00f3dico Science Advances, do grupo Science.<\/p>\n
O estudo foi realizado com apoio da FAPESP durante o doutorado de Rodrigo Szostak.<\/p>\n
\u201cNos \u00faltimos cinco anos, houve uma corrida de todos os grupos de pesquisa para ver quem conseguia a maior efici\u00eancia. Estamos pr\u00f3ximos do limite te\u00f3rico de efici\u00eancia, em torno de 30%. No entanto, a tend\u00eancia atual \u00e9 dar um passo atr\u00e1s para entender melhor esses materiais. O trabalho realizado por Szostak est\u00e1 inserido nessa nova tend\u00eancia. A t\u00e9cnica empregada por ele, que envolve luz s\u00edncrotron e nanoespectroscopia com infravermelho, foi usada pela primeira vez na caracteriza\u00e7\u00e3o de perovskitas\u201d, afirmou Nogueira.<\/p>\n
Szostak usou o aparato do LNLS, que lhe permitiu mapear gr\u00e3os nanom\u00e9tricos individuais nos filmes. Isso foi importante porque o m\u00e9todo de fabrica\u00e7\u00e3o dos filmes, que consiste em depositar uma solu\u00e7\u00e3o dos precursores do material sobre um substrato, em camadas com espessuras da ordem de nan\u00f4metros, pode originar tanto a fase estrutural de interesse quanto fases indesej\u00e1veis. Fatores circunstanciais, como umidade ou temperatura, influenciam a forma de organiza\u00e7\u00e3o dos \u00e1tomos, fazendo com que possam passar de uma estrutura com atividade fotovoltaica para uma estrutura inativa. O objetivo do estudo foi investigar como essas diferentes fases se distribuem no filme e, consequentemente, como influenciam o desempenho do dispositivo.<\/p>\n
Classe diversa<\/p>\n
A perovskita propriamente dita \u00e9 um \u00f3xido de c\u00e1lcio e tit\u00e2nio, com f\u00f3rmula molecular CaTiO3. Foi descoberta nos montes Urais, na R\u00fassia, em 1839. E recebeu esse nome em homenagem ao mineralogista russo Lev Perovski (1792-1856), ministro do czar Nicolau I. O que os pesquisadores do CINE e outros chamam de perovskita \u00e9, na verdade, uma classe de materiais diversos sintetizados em laborat\u00f3rio que apresentam a mesma estrutura cristalina da perovskita original. S\u00e3o subst\u00e2ncias constitu\u00eddas por dois c\u00e1tions (\u00edons positivos) de diferentes tamanhos, que podem ser genericamente descritos pela f\u00f3rmula molecular ABX3, na qual A e B representam os c\u00e1tions e X representa halog\u00eanios.<\/p>\n
As pesquisas conduzidas no CINE, com vista \u00e0 potencial utiliza\u00e7\u00e3o em dispositivos fotovoltaicos, enfocam perovskitas h\u00edbridas, com um c\u00e1tion inorg\u00e2nico (sem carbono) e um c\u00e1tion org\u00e2nico (com carbono).<\/p>\n
\u201cSzostak trabalhou com perovskitas tridimensionais. Outro trabalho de nosso grupo, realizado por Raphael Fernando Moral, resultou na s\u00edntese de um novo material, uma perovskita bidimensional. Moral tamb\u00e9m usou a luz s\u00edncrotron para caracterizar o material, mas com espalhamento de raios X\u201d, contou Nogueira.<\/p>\n
O trabalho de Moral tamb\u00e9m recebeu apoio da FAPESP por meio de bolsa de mestrado e bolsa est\u00e1gio de pesquisa no exterior. Os resultados renderam destaque na capa do peri\u00f3dico Chemistry of Materials, da American Chemical Society, onde foi publicado o artigo Synthesis of Polycrystalline Ruddlesden\u2013Popper Organic Lead Halides and Their Growth Dynamics.<\/p>\n
Moral usou, nos Estados Unidos, o equipamento do Stanford Synchrotron Radiation Lightsource para acompanhar o crescimento do material no momento exato em que a rea\u00e7\u00e3o qu\u00edmica acontecia, por meio de uma t\u00e9cnica chamada de espalhamento de raios X a baixos \u00e2ngulos (do ingl\u00eas, SAXS). De volta ao Brasil, o pesquisador e colaboradores prosseguiram o estudo no LNLS, para avaliar a estabilidade do material sob diversas condi\u00e7\u00f5es de contorno. \u201cMoral conseguiu determinar at\u00e9 a velocidade m\u00e9dia com a qual as placas 2D se sobrep\u00f5em durante a forma\u00e7\u00e3o do material. Quando atravessada pela corrente el\u00e9trica, essa perovskita emite luz muito fortemente e pode ser um \u00f3timo material para a fabrica\u00e7\u00e3o de LEDs [light-emitting diodes]\u201d, disse Nogueira. Ag\u00eancia Fapesp<\/p>\n
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