As células solares produzidas a partir de uma combinação de sila­cio e perovskita - especialmente a variante com halogenetos mistos, como iodo e bromo - podem ser mais eficientes e mais baratas que as células solares de sila­cio tradicionais, porque convertem uma proporção maior da luz solar em eletricidade. No entanto, os perovskitas se degradam sob a influaªncia da luz e, portanto, ainda não podem ser usados ​​para aplicações comerciais. Substituir o ca¡tion (a­on carregado positivamente) na estrutura melhora a estabilidade do material. Pesquisadores da AMOLF agora revelaram que essa melhoria decorre da compressão da estrutura, compara¡vel a  aplicação de uma pressão considera¡vel nela. Eles publicaram seus resultados na Cell Reports Physical Science .

Uma perovskita consiste em um a­on chumbo cercado por a­ons halogenetos, como a­ons iodo e bromo . Isso forma uma estrutura 3-D com gaiolas preenchidas com um ca¡tion, como metilama´nio. O problema éque, se a estrutura éiluminada, surgem áreas separadas no material onde ocorrem principalmente a­ons de iodo ou principalmente a­ons de bromo. A vantagem da mistura iodo-bromo nos perovskitas éentão perdida: grande parte do espectro da luz éconvertida em calor em vez de eletricidade.

Eline Hutter, química em treinamento e atéeste ano pesquisadora na AMOLF, pensou que a separação esponta¢nea dos haletos poderia ser evitada sujeitando o material a alta pressão . "Na anãpoca, eu não sabia exatamente o porquaª. Chamei isso de intuição química".

O grupo Canãlulas Solares Ha­bridas da AMOLF desenvolveu anteriormente uma configuração que era muito útil neste caso: um espectra´metro de absorção transiente (TAS) que pode medir as propriedades eletra´nicas dos perovskitas sob pressão muito alta . "Nãoexiste outra configuração compara¡vel que combine o TAS com uma canãlula de pressão no mundo", diz o lider do grupo, Bruno Ehrler. "Mas fiquei inicialmente canãtico em relação a  ideia de Eline, em parte porque os experimentos que tera­amos que fazer pareciam muito desafiadores".

Juntamente com sua colega Loreta Muscarella, Eline Hutter usou essa configuração para medir o que acontece depois que o material foi iluminado. "Se não houver pressão no material, observamos uma separação de bromo e iodo. Sob 3000 bar de pressão, vemos que a separação não ocorre mais."

Esse resultado confirmou a hipa³tese de Hutter de que o volume livre no material e, consequentemente, a pressão, desempenham um papel crucial na separação dos haletos. Produzir uma canãlula solar que estãosob uma pressão tão alta éimpratica¡vel. No entanto, existe uma solução prática , explica Hutter. "Se substituirmos o ca¡tion nas gaiolas da perovskita por um ca¡tion menor, como o canãsio, ocorre a chamada contração química. Toda a estrutura diminui, exatamente como a terra que seca e se contrai. O efeito éexatamente o mesmo que sujeitar o material a alta pressão ".

Hutter e seus colegas usaram posteriormente o TAS para demonstrar que nessa perovskita quimicamente compactada , a separação de iodo e bromo não ocorre mais. Com isso, eles demonstraram que um aspecto esquecido da teoria éimportante: o volume do material foi anteriormente exclua­do dos ca¡lculos, diz Hutter. "Na minha opinia£o, o que torna essa pesquisa tão interessante éo elo entre a pressão externa e a interna".

Esta éuma descoberta vital para tornar os perovskitas esta¡veis, diz Ehrler. "O foco estãoprincipalmente na cinanãtica: atrasar o movimento dos a­ons para retardar a separação. Agora, demonstramos que o aumento da pressão altera a termodina¢mica: os a­ons se movem com a mesma rapidez, mas a separação de iodo e bromo não émais energeticamente favora¡vel. Para que a segregação não acontea§a mais. "