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O futuro do nosso planeta depende da rápida descarbonização do setor energético. No âmbito das metas para o desenvolvimento sustentável estabelecidas pelas Nações Unidas até 2030, torna-se crucial promover o desenvolvimento de tecnologias que permitam a produção competitiva de energia através de fontes renováveis. Até 2030 será necessário produzir eletricidade fotovoltaica (PV) na ordem das dezenas de terawatt. As células solares de perovskita (PSCs) são consideradas uma das tecnologias PV emergentes mais atrativa, se não a mais. Contudo, ainda não é possível a fabricação de PSCs com estabilidade > 20 anos. O projeto TanPT propõe englobar o desenvolvimento dos materiais mais inovadores com o mais avançado sistema de encapsulamento e um inovador design de célula (configuração tandem) para produzir PSCs com elevada estabilidade.
O TanPT ambiciona a concretização do triângulo dourado para as PVs: baixo custo de fabrico, elevado desempenho e estabilidade a longo prazo. Pretende aliar-se o conhecimento exclusivo da tecnologia de selagem com frita de vidro assistida a laser, com a produção da classe mais eficiente de PSCs, criando uma nova célula solar com configuração tandem, de duas funções silício-perovskita.
O TanPT visa o desenvolvimento de um novo dispositivo em tandem empilhado com 4 terminais (4T), que simplifica a complexidade de montagem e aumenta a eficiência da conversão da energia (PCE). Para a célula superior serão utilizados absorvedores de perovskita feitos de catiões triplos e aniões mistos com um hiato energético de cerca de 1,65 eV. Neste sentido, serão exploradas formulações orgânicas/inorgânicas de catiões formamidínio (FA+), metilamónio (MA+), césio (Cs+), guanidínio (Gua+), chumbo (Pb2+), estanho (Sn2+) bem como aniões haleto de iodeto (I-), brometo (Br-) e cloreto (Cl-). Elétrodos condutores transparentes (TCE) baseados em contactos seletivos com excelente transparência ótica e elevada condutividade elétrica serão desenvolvidos por métodos de  |
Resumo
O futuro do nosso planeta depende da rápida descarbonização do setor energético. No âmbito das metas para o desenvolvimento sustentável estabelecidas pelas Nações Unidas até 2030, torna-se crucial promover o desenvolvimento de tecnologias que permitam a produção competitiva de energia através de fontes renováveis. Até 2030 será necessário produzir eletricidade fotovoltaica (PV) na ordem das dezenas de terawatt. As células solares de perovskita (PSCs) são consideradas uma das tecnologias PV emergentes mais atrativa, se não a mais. Contudo, ainda não é possível a fabricação de PSCs com estabilidade > 20 anos. O projeto TanPT propõe englobar o desenvolvimento dos materiais mais inovadores com o mais avançado sistema de encapsulamento e um inovador design de célula (configuração tandem) para produzir PSCs com elevada estabilidade.
O TanPT ambiciona a concretização do triângulo dourado para as PVs: baixo custo de fabrico, elevado desempenho e estabilidade a longo prazo. Pretende aliar-se o conhecimento exclusivo da tecnologia de selagem com frita de vidro assistida a laser, com a produção da classe mais eficiente de PSCs, criando uma nova célula solar com configuração tandem, de duas funções silício-perovskita.
O TanPT visa o desenvolvimento de um novo dispositivo em tandem empilhado com 4 terminais (4T), que simplifica a complexidade de montagem e aumenta a eficiência da conversão da energia (PCE). Para a célula superior serão utilizados absorvedores de perovskita feitos de catiões triplos e aniões mistos com um hiato energético de cerca de 1,65 eV. Neste sentido, serão exploradas formulações orgânicas/inorgânicas de catiões formamidínio (FA+), metilamónio (MA+), césio (Cs+), guanidínio (Gua+), chumbo (Pb2+), estanho (Sn2+) bem como aniões haleto de iodeto (I-), brometo (Br-) e cloreto (Cl-). Elétrodos condutores transparentes (TCE) baseados em contactos seletivos com excelente transparência ótica e elevada condutividade elétrica serão desenvolvidos por métodos de deposição em fase de vapor. TCEs com mais de 65 % de transmitância para comprimentos de onda > 700 nm, serão depositados a temperaturas < 85 °C. A fabricação de TCE será baseada na família de óxidos condutores transparentes (TCO) à base de óxido de estanho índio (ITO) ou óxido de zinco índio (IZO). Uma camada tampão será depositada para proteger a camada transportadora de lacunas (HTL) da degradação durante a deposição do TCO e facilitar o transporte das lacunas nos dispositivos.
TanPT visa desenvolver uma célula estável com um PCE > 15 % para a PSC superior semitransparente e 4 % para a célula de silício inferior; prevendo-se, portanto, um PCE total de 19 % para dispositivos tandem à escala laboratorial < 0,5 cm2. Os dispositivos de maior área serão fabricados em colaboração com CHOSE-Italy, para os quais se pretende um PCE de 14 % para uma área ativa > 5 cm2.
A selagem com frita de vidro assistida a laser será o método de encapsulamento utilizada para assegurar a estabilidade a longo prazo das células. A selagem avançada do vidro com duplo feixe de laser, desenvolvida pela equipa da FEUP, será posteriormente otimizada para o encapsulamento hermético destes dispositivos a temperaturas processuais < 85 °C. Selantes com alta condutividade térmica e absorção moderada do feixe laser serão explorados juntamente com estudos mecânicos e óticos e de materiais através da interação do feixe de laser com a frita de vidro para obter a selagem de dispositivos com dimensões de cavidade até 4 x 4 cm2. O objetivo é atingir a hermeticidade de acordo com os protocolos padrão MIL-STD-883. Uma das preocupações mais relevantes quanto ao futuro das PSCs é a sua estabilidade. Para obter uma estabilidade em condições de ambiente externo (exposição à humidade, oxigénio e temperatura) e operacional (iluminação e influência da carga elétrica) de > 20 anos, as PSCs serão submetidas a uma série de testes de degradação acelerada ISOS. As PSCs devem também ser termicamente estáveis na gama de temperaturas de -40 °C a 85 °C e adequadamente seladas para evitar a degradação pela humidade e ar. Assim, dentro do TanPT, PSCs serão fabricadas com materiais termicamente estáveis e hermeticamente selados pela avançada tecnologia de selagem assistida por laser. Além disso, a aplicação de camadas de passivação na camada de perovskita deverá garantir a estabilidade operacional desejada. O objetivo é alcançar uma estabilidade > 500 h nos dispositivos preparados, seguindo protocolos de teste padrão ISOS - ciclo térmico, humidade e testes de iluminação. Assim, no projeto TanPT preve-se o desenvolvimento dos dispositivos de PSCs, com uma configuração tandem, mais eficientes e estáveis reportados até à data. Os mecanismos de envelhecimento serão avaliados no sentido de alargar a estabilidade das PSCs. |