Cola molecular aumenta a vida útil de células solares feitas com perovskita

Cola molecular aumenta a vida útil de células solares feitas com perovskita

Por Gustavo Minari | Editado por Douglas Ciriaco | 25 de Maio de 2021 às 07h30
Reprodução/Envato

Pesquisadores da Universidade Brown, nos EUA, criaram uma cola molecular que impede a degradação precoce das células solares feitas com um material conhecido como perovskita, aumentando sua vida útil como fonte de energia fotovoltaica.

A cola especial interrompe o desgaste natural de interfaces no interior das células, melhorando sua eficiência energética para converter a luz do sol em eletricidade durante mais tempo e com uma maior estabilidade.

A perovskita é um mineral de óxido de cálcio e titânio, descoberto nos Montes Urais da Rússia por Gustav Rose em 1839. O nome é uma homenagem ao mineralogista russo Lev Perovski. “Nos últimos anos houve grandes avanços no aumento da eficiência de conversão de energia das células solares de perovskita. Mas o obstáculo final a ser superado ainda é a sua confiabilidade”, afirma o professor Nitin Padture.

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Células de perovskita usadas na geração de energia solar (Reprodução/Brown University)

Supercola

Apesar das melhorias em sua eficiência, as células de perovskita ainda apresentam problemas de duração. Cada célula contém cinco ou mais camadas distintas com funções diferentes no processo de geração de energia elétrica. Justamente por serem diferentes, essas camadas não respondem da mesma forma às forças externas.

Mudanças bruscas de temperatura que ocorrem durante a fabricação fazem com que algumas dessas camadas sofram processos constantes de expansão e contração, causando o rompimento de toda a interface e a perda considerável de desempenho.

Cola molecular aplicada nas camadas de perovskita (Reprodução/Brown University)

A parte mais fraca dessas interfaces fica entre o filme de perovskita usado para absorver a luz solar e a camada responsável pelo transporte dos elétrons, que mantém a corrente elétrica fluindo pela célula fotovoltaica.

Para resolver esse problema, os pesquisadores usaram compostos conhecidos como monocamadas automontadas ou SAMs. “Quando você deposita esse material em uma superfície, as moléculas se reúnem em uma única camada e se erguem como cabelos curtos. Usando a formulação certa, você pode formar laços fortes como cola entre esses compostos e todos os tipos de superfícies diferentes”, explica o professor Padture.

Eles descobriram que a formulação correta deveria conter um átomo de silício de um lado e um átomo de iodo do outro, formando ligações mais fortes entre as camadas de óxido de estanho e a perovskita. Essa espécie de cola molecular mantém as duas camadas juntas, com uma resistência à rachaduras 50% maior.

Testes promissores

Nos experimentos feitos em laboratório, as células de perovskita não preparadas com a cola molecular conseguiram reter 80% de sua eficiência energética por aproximadamente setecentas horas. Já as células com a cola molecular mantiveram o mesmo desempenho do começo ao fim por mais de mil e trezentas horas.

“Nós abrimos as células após o teste e naquelas onde não havia cola molecular, vimos todos os tipos de danos, como vazios e rachaduras. Mas naquelas onde usamos a cola, as interfaces reforçadas pareciam incrivelmente intactas”, diz o pesquisador Zhenghong Dai.

Célula de perovskita fica mais resistente com a aplicação da cola molecular (Reprodução/Brown University)

Segundo os pesquisadores, essa melhoria na durabilidade poderá aumentar o interesse pela fabricação de células solares de perovskita. Atualmente, esse material já possui algumas vantagens sobre as células tradicionais de silício.

As células de perovskita podem ser produzidas em temperatura ambiente, enquanto as de silício precisam ser fabricadas em temperaturas próximas dos 2.700 graus Celsius. Os filmes feitos de perovskita também são quatrocentas vezes mais finos e podem ser aplicados em painéis solares menores sem prejuízo de desempenho.

“Este é o tipo de pesquisa que pode levar a uma produção de células mais baratas, confiáveis e eficientes, que tenham um bom desempenho energético e comercial por décadas”, completa o professor Padture.

Fonte: Brown University

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