À medida que megatendências de sustentabilidade e energia limpa impactam como abordamos as estratégias de energia em prol de um futuro mais verde para o planeta, tecnologias renováveis como a eólica e a solar são as principais áreas de foco para pesquisas. No setor de tecnologia solar, o emergente campo das células solares de perovskita (perovskite solar cells, PSCs) tem se popularizado na última década e meia.
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First author Randi Azmi holds the perovskite film on the glass substrate (Photo: KAUST)
Entretanto, em um setor dominado pelas células solares de silício, a relativamente nova tecnologia das células solares de perovskita além de oferecer altas eficiências de conversão de energia (power conversion efficiencies, PCEs), também deve atender a dois outros requisitos cruciais para que seja comercializada com sucesso: estabilidade e escalabilidade.
Em um artigo da Science publicado recentemente, pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah (King Abdullah University of Science and Technology, KAUST) relataram um marco significativo no primeiro teste de calor úmido fotovoltaico (photovoltaic, PV) de PSCs.
O teste de calor úmido é um teste de envelhecimento ambiental acelerado e rigoroso, destinado a determinar a capacidade dos painéis solares de resistir à exposição prolongada à penetração de alta umidade e temperaturas elevadas. O teste é executado durante 1.000 horas em um ambiente controlado com 85% de umidade e a 85 graus Celsius. Ele tem como finalidade replicar muitos anos de exposição externa e avaliar fatores como corrosão e delaminação.
Aprovação no teste
O rigor do teste está em linha com os requisitos de comercialização de tecnologia fotovoltaica (PV) que precisa cobrir de 25 a 30 anos de garantia para módulos convencionais de silício cristalino. Para ser aprovada no teste, a célula solar deve manter 95% do seu desempenho inicial.
Liderada por Randi Azmi, bolsista de pós-doutorado no laboratório fotovoltaico KAUST de Stefaan De Wolf, sua pesquisa precisou superar uma fraqueza persistente em PSCs encapsuladas para evitar vazamentos de acondicionamento. Esta vulnerabilidade dos filmes de perovskita 3D é o que permite a infiltração indesejada de agentes atmosféricos e oferece resistência limitada contra o calor. A solução encontrada pelos pesquisadores da KAUST é a engenharia e a introdução de camadas de passivação de perovskita 2D para melhorar simultaneamente as eficiências de conversão de energia e a vida útil das PSCs.
A perovskita pode substituir o silício?
A especificidade da perovskita é que ela é uma tecnologia de película fina. Como ocorre em células solares convencionais, ainda são necessários dois contatos fabricados de tipos específicos de materiais. Um coletará elétrons e a função do outro é coletar “buracos” positivamente carregados, que representam a ausência de elétrons. Mas, ao contrário dos wafers de silício, as perovskitas podem ser revestidas diretamente sobre um substrato de vidro, utilizando uma solução precursora. A solução é feita com um solvente que é cristalizado em um estado sólido.
Uma das vantagens significativas é que os materiais precursores podem ser feitos sem a necessidade de instalações de alto custo e ambientes com uso intensivo de energia acima de 1.000 graus, típicos para semicondutores mais tradicionais como o silício.
“É uma maneira muito simples para produzir células solares. Além disso, apesar de as propriedades optoeletrônicas não serem únicas, elas são excelentes. Elas estão no mesmo nível de semicondutores tradicionais de alta qualidade. Isso é bem notável”, afirmou De Wolf. Ao alterar a composição, também é possível ajustar a sensibilidade espectral no espectro da luz solar, de UV até infravermelho. Isso é bastante atraente para determinadas aplicações.
O último desafio, após o desempenho e a estabilidade, é o dimensionamento. A maioria das aplicações de célula solar foca em setores de escala de serviços públicos, além de painéis de telhado.
“O mercado é baseado no silício, e será baseado no silício pelo menos durante os próximos 20 anos”, disse De Wolf. “Por isso estamos focados principalmente em melhorar o desempenho das células solares de perovskitas para depois avançar para soluções ‘conjuntas’ mais eficientes, combinando silício tradicional e perovskitas, onde as descobertas atuais ajudarão bastante a aumentar a confiabilidade de células solares conjuntas de perovskita/silício”.
*Fonte: AETOSWire
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