A crescente busca global por tecnologias capazes de gerar energia de maneira limpa, renovável e sustentável passou a direcionar o foco de pesquisas para materiais e dispositivos capazes de atender a essas demandas. As células solares de perovskitas (PSCs - Perovskite Solar Cells) têm atraído considerável atenção da comunidade academica por apresentar propriedades fundamentals que resultam na sua alta eficiência de conversão de luz em eletricidade, atingindo atualmente 26,1%, além de apresentar baixo custo de produção em comparação com outras tecnologias fotovoltaicas. No entanto, processos eletrônicos e eletroquímicos como a recombinação, movimentação e acúmulo de portadores de cargas nas interfaces das células solares, afetam diretamente sua eficiência e estabilidade a longo prazo resultando na degradação acelerada dos dispositivos.
Para compreender estes processos, a Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE) se destaca como uma ferramenta importante. Este estudo se insere nesse contexto ao desenvolver células solares de perovskita que apresentam resultados fotovoltaicos reprodutíveis. Os parâmetros fotovoltaicos determinados ao longo do tempo foram compilados onde observou-se uma tendência de aumento da eficiência e da reprodutibilidade dos resultados. Foi possível obter uma célula solar com o maior valor de eficiência registrado no laboratório, atingindo 18,6%.
Experimentos de EIE no escuro e sem polarização das células solares determinaram uma região pseudo-linear com potencial de perturbação de 10 mV, permitindo a identificação de processos de difusão de íons entre as interfaces dos dispositivos. As PSCs modificadas com perovskitas de composição de MAPbI3 (MA = CH3NH3) e MAFAPbI3 (FA = (CH(NH2)2)) foram analisadas pela EIE sob baixa iluminação de 0,1 sol (10 mW.cm-2) e foram polarizadas pelo potencial de circuito aberto (VOC). Os diagramas de Nyquist levaram à proposição de circuitos equivalentes, fornecendo informações sobre os processos físicos que ocorrem nas regiões de altas e baixas frequências. A análise das resistências e capacitâncias permitiu o cálco das constantes de tempo dos processos referentes a estas regiões.
As células solares de perovskitas apresentam constantes de tempo na região de alta frequência de 17,7 e 12,8 ?s, respectivamente, representando processos de recombinação e transferência de cargas nas interfaces das PSCs. Na região de baixa frequência, as constantes de tempo foram de 107,5 e 301,3 ms, relacionadas a processos de movimentação de íons que geram defeitos pela camada de perovskitas, atuando como regiões de recombinação de cargas com diferentes escalas de tempo. A inserção do íon formamidínio na composição da perovskita aumento a constante de tempo dos processos em baixas frequencias, sugerindo a uma menor movimentação iônica enquanto as PSCs estão em operação. Este estudo contribui significativamente para a compreensão e avanço das tecnologias de células solares de perovskitas, abrindo caminho para aplicações mais eficientes e sustentáveis no cenário energético global.
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