Estudo computacional orienta o desenvolvimento da próxima geração de células solares
Trabalho desenvolvido em Centro de Pesquisa Aplicada apoiado pela FAPESP utilizou simulações baseadas em física quântica para investigar como dois materiais promissores para o futuro da energia solar
Lucas Chagas e Paulo Zanni Jr., membros do CINE, analisando simulações computacionais do trabalho (foto: CINE/divulgação)
Um estudo publicado no Journal of Materials Chemistry A detalha as interações entre materiais da família das perovskitas e dos MXenes e pode servir como guia para projetar células solares mais eficientes e duráveis. O trabalho foi realizado por uma equipe de cientistas computacionais do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE).
O CINE é um Centro de Pesquisa Aplicada (CPA) constituído pela FAPESP e pela Shell em 2018. É sediado na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), Universidade de São Paulo (USP) e Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), com a participação de outras oito instituições brasileiras.
As perovskitas são conhecidas pela excelente capacidade de absorver luz e convertê-la em eletricidade, enquanto os MXenes são famosos pela sua altíssima eficiência na condução de cargas elétricas. Ambos os materiais podem ser processados facilmente como filmes finos – um formato adequado à produção de células solares.
Embora ainda não tenham atingido o estágio da comercialização, as células solares baseadas em perovskitas são muito promissoras, e o uso de MXenes em diferentes partes desses dispositivos já foi testado, com bons resultados. Entretanto, até a publicação do trabalho, não havia uma clara compreensão do que acontece quando MXenes e perovskitas estão em contato.
“O nosso estudo utilizou simulações computacionais baseadas em física quântica para investigar como dois materiais promissores para o futuro da energia solar – as perovskitas e os MXenes – interagem em nível atômico, ou seja, como os átomos de um material se ligam aos do outro”, resume Matheus Paes Lima, professor da UFSCar e pesquisador do CINE que liderou o trabalho.
De acordo com ele, o principal resultado do estudo foi mostrar que partes representativas das perovskitas (fragmentos moleculares) se fixam de forma extremamente forte à superfície do MXene. “Observamos ainda que essa ligação se mantém mesmo em temperaturas relativamente altas, acima de 100 °C, típicas do funcionamento de uma célula solar”, acrescenta o cientista.
Essa forte interação entre os materiais ajudaria a reduzir a degradação que as perovskitas sofrem quando estão em contato com a umidade do ar – problema que tem limitado a comercialização de células solares de perovskita. “O MXene pode atuar como um escudo estabilizador”, explica Lima.
Além disso, os autores descobriram que a presença de iodo na perovskita promove a criação de “pontes elétricas” na interface com o MXene, permitindo que a eletricidade flua com mais facilidade entre os materiais. Dessa forma, a escolha de perovskitas à base de iodo, em vez das composições baseadas em bromo ou cloro, se apresenta como uma boa escolha para compor células solares.
“Quando aplicados na prática, esses resultados podem impactar diretamente tanto o desempenho quanto a durabilidade das células solares de perovskita”, afirma o cientista.
O estudo abre caminho para desenvolver dispositivos fotovoltaicos mais eficientes e estáveis que possam ser produzidos em larga escala e contou ainda com apoio da FAPESP por meio dos projetos 18/21401-7 e 24/08610-7.
O artigo Unveiling the interaction between fragments of ABX3 halide perovskite and Ti3C2F2 MXene monolayer pode ser lido em: pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/ta/d5ta08314a.
Agência FAPESP, com informações de Verónica Savignano, do CINE.
