Estudo do envelhecimento de perovskitas híbridas de iodeto de chumbo e metilamônio substituído em partes com guanidínio

Abstract

A atual necessidade por descarbonização e geração de energia da forma mais sustentável possível, fomenta diversas pesquisas nesse contexto, inclusive o desenvolvimento de células solares mais baratas e mais eficientes. Relacionado a isso, um material que tem tido muito destaque nos últimos anos é a perovskita híbrida de iodeto de chumbo e metilamônio (MAPbI3), que, ao longo de dez anos, teve melhoria de eficiência de suas células solares de 3,8 para 25,7% de eficiência, atraindo olhares da comunidade científica. Apesar disso, esse material está sujeito a diversas formas de degradação, inviabilizando uma aplicação em larga escala em um futuro próximo. Para minimizar a degradação, uma alternativa utilizada é o uso de sistemas de cátions orgânicos mistos, como o guanidínio (GA), em que essa troca já se mostrou resultar em propriedades aprimoradas para o material e maior estabilidade. Em sua maioria, estes sistemas são testados em condições forçadas de degradação e pouco se é estudado sobre condições não forçadas. A partir dessas considerações, esta proposta de trabalho prevê o estudo sistemático de diferentes composições do sistema (MA,GA)PbI3 e os efeitos do tempo e da temperatura na estrutura cristalina, nas suas propriedades elétricas e optoeletrônicas. As medidas foram feitas em condições controladas de exposição a agentes degradantes, inclusive no escuro (sem exposição à luz). Foram medidos e estudados alguns dados provenientes da Difração de Raios X, Microscopia Eletrônica de Varredura e Eletrometria para obtenção de resultados e conclusões. Nesse sentido, chegou-se aos resultados de cada método a fim de análise. Assim, conclui-se que a amostra com 10% de substituição de guanidínio é a mais estável em questão de microestrutura.

The current need for decarbonization and energy generation in the most sustainable way possible, encourages several researches in this context, including the development of cheaper and more efficient solar cells. Related to this, a material that has been very prominent in recent years is the hybrid perovskite of lead methylammonium iodide (MAPbI3), which, over ten years, has improved the efficiency of its solar cells from 3.8 to 25,7% efficiency, attracting the attention of the scientific community. Despite this, this material is subject to various forms of degradation, making large-scale application unfeasible in the near future. To minimize degradation, an alternative used is the use of mixed organic cation systems, such as guanidinium (GA), which addition has already shown to result in improved properties for the material. Most of these systems are tested in forced conditions of degradation and little is studied about non-forced conditions. From these considerations, this work proposal foresees the systematic study of different compositions of the (MA,GA)PbI3 system and the effects of time and temperature on the crystalline structure, on its electrical and optoelectronic properties. The measures were made under controlled conditions of exposure to degrading agents, including no light exposure. Some data from X-Ray Diffraction, Scanning Electron Microscopy and Electrometry were acquired and studied to obtain results and conclusions. In this way, the results were reach by each method to be analyzed. Thus, the conclusion is that the sample with 10% of guanidium has the greater stability looking for microstructure.