Nova técnica torna células solares de perovskita mais eficientes e estáveis
Por Gustavo Minari | Editado por Douglas Ciriaco | 04 de Dezembro de 2021 às 12h00
Pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável, nos EUA, descobriram como tornar as células solares feitas com perovskita mais eficientes e estáveis. Eles combinaram uma camada bidimensional do material com outra tridimensional, conseguindo um ganho energético real de 16%.
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Essa fusão entre camadas 2D e 3D pode aumentar a eficácia dos painéis solares de perovskita para quase 25%. A maioria dos dispositivos fotovoltaicos convencionais fabricados atualmente — feitos à base de silício — tem uma eficiência energética média de menos de 20% em condições normais de uso.
“As perovskitas pertencem a uma família de materiais com estrutura cristalina específica, capazes de absorver a luz solar visível e infravermelha, apresentando um potencial de alto desempenho e baixo custo de produção. O problema é que esse mineral possui uma instabilidade muito grande quando comparado ao silício”, explica o engenheiro químico Kai Zhu, auto principal do estudo.
Dion-Jacobson
Para contornar o problema da instabilidade, os cientistas usaram uma estrutura diferente de perovskita 2D, conhecida com Dion-Jacobson. Esse material é um polimorfo metaestável que possui maior estabilidade e uma capacidade superior para mover portadores de carga livremente.
Abordagens anteriores utilizavam cátions orgânicos volumosos ou íons carregados positivamente para aumentar a produtividade das células de perovskita. No entanto, esse tipo de estrutura — conhecido como Ruddlesden-Popper — inibia o movimento dos portadores de carga, limitando sua eficiência a longo prazo.
“O uso de estruturas 2D metaestáveis representa um novo projeto químico promissor que pode ser adaptado pela indústria para acelerar o desenvolvimento de células solares de perovskita mais eficientes e estáveis, reduzindo os custos de produção em larga escala”, acrescenta o Zhu.
Menos perdas
Durante os testes realizados em laboratório, os pesquisadores compararam uma célula de perovskita modificada com uma amostra de controle convencional, sem a combinação de camadas 2D e 3D. Os resultados foram animadores, principalmente quando comparados aos sistemas atuais de captação de luz solar.
A célula de perovskita modificada teve uma queda na eficiência energética de apenas 10% após as primeiras mil horas de operação contínua. Enquanto isso, o painel fabricado com amostras do material comum apresentou uma redução na capacidade de gerar energia superior a 43%.
“A ampliação do uso de energia solar exigirá novas tecnologias e ferramentas que aumentem a flexibilidade da rede, transformando essa modalidade em algo economicamente viável e de fácil acesso. Essa nova abordagem mostra que é possível expandir a capacidade de geração de eletricidade renovável sem elevar os custos de produção”, encerra Kai Zhu.