Das Montanhas de Minas ao Oceano: Os Caminhos da Ciência para um Futuro Sustentável
20 a 25 de outubro de 2025
Trabalho 21895
| Instituição | Universidade Federal de Viçosa |
|---|---|
| Nível | Pós-graduação |
| Modalidade | Pesquisa |
| Área de conhecimento | Ciências Exatas e Tecnológicas |
| Área temática | Ciências Exatas e da Terra |
| Setor | Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas |
| Bolsa | CAPES |
| Conclusão de bolsa | Não |
| Apoio financeiro | CAPES, CNPq, FAPEMIG |
| Primeiro autor | Vívian Helene Diniz Araújo |
| Orientador | LEANDRO JOSE DOS SANTOS |
| Outros membros | JULIANA CRISTINA TRISTAO |
| Título | Simulação de PSCs livres de chumbo utilizando-se o Fulereno-C60 e o PCBM como intercamadas através do software SCAPS-1D |
| Resumo | As células solares de perovskitas (PSCs) se destacam entre as tecnologias fotovoltaicas emergentes devido ao alto poder de conversão de energia (PCE) que possuem e pelo menor custo de produção, quando comparadas às de silício. Porém, ainda enfrentam desafios quanto a sua comercialização, devido a sua instabilidade frente à umidade e ao oxigênio e a utilização de metais pesados como o chumbo (Pb) em sua composição. O metal estanho (Sn) tem sido considerado o principal candidato a substituto do Pb devido às suas características estruturais semelhantes. Ainda assim, PSCs baseadas em Sn sofrem com a grande instabilidade do íon Sn2+ em Sn4+, acarretando em baixas eficiências. Uma das estratégias empregadas para melhorar a estabilidade e eficiência das PSCs é a engenharia de interface, onde intercamadas são incluídas entre as camadas transportadoras de elétrons e buracos (ETL e HTL, respectivamente), objetivando-se a melhora de transferência de cargas entre estas camadas. O Fulereno-C60, seu derivado PCBM e outros derivados fulerênicos vêm sendo empregados como intercamadas em PSCs de chumbo, mas ainda há poucas pesquisas avaliando o uso destes compostos como intercamadas em PSCs baseadas em estanho como metal do sítio B. Para auxiliar no planejamento e construção de PSCs livres de Pb, estudos teóricos a partir de simulações têm sido uma ferramenta útil, pois permitem avaliar a influência de cada parâmetro de maneira aprofundada. O objetivo deste trabalho foi investigar, por meio de simulações no software gratuito SCAPS-1D, como a eficiência da Sn-PSC em ambas as configurações, regular e invertida, podem ser otimizadas com o uso de intercamadas. Foram utilizados o Fulereno-C60 e o PCBM como intercamadas, entre o ETL e a camada absorvedora, usando-se a perovskita CH3NH3SnI3 (MASI), com 150 nm de espessura, e como HTL e ETL, os materiais CuI e ZnO, respectivamente. Na simulação das PSCs usando-se o C60 como intercamada, o PCE foi menor em ambas as configurações em comparação à PSC sem intercamada com ZnO. Em contrapartida, utilizando-se o PCBM observou-se aumento do PCE, usando-se um alto valor de densidade de defeitos, chegando a uma eficiência de 8,11% na PSC regular comparado à 6,90% da PSC com ZnO sem o acréscimo da intercamada. Na configuração invertida, a PSC alcançou 5,26% de eficiência final com o uso do PCBM, em contrapartida aos 3,72% da PSC sem intercamada. Foi observado no gráfico obtido de bandas de energia entre a perovskita MASI e o ETL, que quando o C60 sem modificações é incluído na PSC, acontece a formação de um pico entre as camadas, o que pode aumentar a recombinação de cargas na célula solar. Apesar do uso do PCBM também acarretar em um pico, este é menor e ajuda a blindar as cargas na medida necessária para que não haja perda dos portadores e nem recombinação, ocasionando assim uma maior eficiência. Esta pesquisa faz parte do trabalho completo publicado pelo nosso grupo na RSC Advances em 2024. |
| Palavras-chave | PSCs livres de chumbo, SCAPS-1D, Fulereno |
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