Pontos quânticos aumentam a eficiência de painéis solares de perovskita
Por Gustavo Minari | Editado por Douglas Ciriaco | 26 de Janeiro de 2022 às 08h48
Pesquisadores da Escola Politécnicas Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, em parceria com o Instituto de Pesquisa Energética da Coreia do Sul, descobriam que é possível aumentar a eficiência e a escalabilidade dos painéis de perovskita com a utilização de pontos quânticos.
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A técnica inovadora melhora o desempenho e mantém o alto nível energético dessas células solares, mesmo quando combinadas em escalas maiores. Para conseguir esse resultado, os cientistas substituíram a camada de transporte de elétrons por uma película fina em escala subatômica.
“Um dos obstáculos para a comercialização de células de perovskita é que sua eficiência de conversão de energia e estabilidade operacional diminuem à medida que elas aumentam. Nesses painéis, a camada de transporte de elétrons é feita com dióxido de titânio mesoporoso, que possui baixa mobilidade eletrônica e é suscetível a eventos fotocatalíticos adversos sob luz ultravioleta”, explica o professor de engenharia Michael Grätzel, coautor do estudo.
Pontos quânticos
Nessa nova abordagem proposta pelos pesquisadores, os pontos quânticos são partículas nanométricas que atuam como semicondutores e emitem luz com comprimentos de onda específicos quando são iluminados. Essas propriedades únicas tornam os pontos quânticos ideais para aplicações ópticas, como painéis fotovoltaicos.
Ao substituir a camada de transporte de elétrons de dióxido de titânio pelo filme de pontos quântico de óxido de estanho — estabilizados com ácido poliacrílico — os cientista descobriam um aumento na capacidade de captação de luz, além de reduzir a recombinação não reativa — fenômeno de perda de eficiência observado na interface entre a camada de transporte de elétrons e a perovskita.
“Sem a utilização dos pontos quânticos, é quase impossível manter o alto desempenho de uma célula solar de perovskita em sua totalidade. O problema está na camada de transporte, que garante que os elétrons produzidos durante a absorção de luz sejam transferidos com eficiência para o eletrodo do dispositivo”, acrescenta Grätzel.
Testes promissores
Com a utilização da camada de pontos quânticos, os pesquisadores perceberam que uma célula solar de perovskita com 0,08 centímetro quadrado é capaz de atingir uma eficiência de conversão de energia recorde de 25,7%, além de manter uma alta estabilidade operacional em escalas maiores.
Para efeito de comparação, um painel fotovoltaico convencional, feito à base de silício, possui uma taxa de eficiência de conversão — porcentagem da energia da luz solar que chega e é realmente convertida em eletricidade — de 26,7% em condições normais de uso diário.
“Outra vantagem dessa nova abordagem é que, mesmo com o aumento da área de superfície do painel para 1, 20 e 64 centímetros quadrados, a eficiência das células de perovskita foi de 23,3%, 21,7% e 20,6% respectivamente, o que mostra o alto poder de escalabilidade do dispositivo”, encerra o professor Michael Grätzel.