Os investigadores sintetizaram células solares altamente duráveis feitas de perovskita – uma estrutura cristalina comum (na sua forma natural, um mineral de óxido de cálcio e titânio) – num avanço que poderá revolucionar a indústria solar.
A energia solar é a tecnologia energética que mais cresce e desempenha um papel fundamental na redução das emissões de gases com efeito de estufa. A energia solar converte a luz solar em eletricidade – e é usada em diversas aplicações, incluindo iluminação, aquecimento, refrigeração, computadores, eletrônicos e energia de máquinas.
Os painéis solares feitos de silício têm uma vida útil de cerca de 25 anos. É experimentado e testado, mas o uso de silício é ambientalmente insustentável porque é um recurso finito e não renovável. Os painéis solares mais duráveis, por exemplo, usam silício puro, cuja produção é cara e ineficiente.
Nos últimos anos, as perovskitas têm se mostrado promissoras como um material mais barato e com menos desperdício, disseram os cientistas, mas têm muito menos durabilidade. As perovskitas naturais são raras, mas podem ser sintetizadas artificialmente como um composto orgânico-inorgânico com uma estrutura cristalina ABX3 contendo íons eletricamente carregados.
Relacionado: 32 tecnologias estranhas que nunca decolaram
Eles funcionam como uma camada ativa de coleta de luz, como as encontradas hoje nas tecnologias solares. Mas não são comercialmente viáveis porque têm uma vida útil medida em apenas alguns meses. Eles também são propensos à instabilidade química e térmica, e podem surgir problemas durante a produção (são suscetíveis a danos por umidade e oxigênio).
Os cientistas pretendiam resolver estes problemas de estabilidade criando novas estratégias de design, publicando as suas descobertas num estudo publicado a 13 de junho na revista. Ciência. Eles criaram uma nova estrutura a partir de perovskitas que, teoricamente, pode durar tanto quanto as células solares baseadas em silício.
“As células solares de perovskita são o Santo Graal desta nova tecnologia de células solares. E isso porque as perovskitas podem ser feitas, em teoria, significativamente mais baratas do que as células solares inorgânicas, como o silício ou o arsenieto de gálio, “disse Isaac Metcalf, estudante de pós-graduação em ciência de materiais e nanoengenharia. na Universidade Rice. “A razão é porque eles podem ser processados em solução em baixas temperaturas. Basicamente, você pode pegar uma tinta de um precursor de perovskita e espalhá-la em um pedaço de vidro e depois aquecê-la, e então você tem uma perovskita .”
Construindo em pesquisas anteriores e outro estudos recentes que buscava melhorar a estabilidade, a equipe se concentrou no iodeto de formamidinio, um precursor na fabricação de células solares de perovskita (conhecida por suas propriedades aprimoradas de absorção de luz e estabilidade térmica).
Eles introduziram uma forma solúvel do precursor em uma camada de perovskitas 2D e as expuseram ao calor acima de 140 graus Fahrenheit (60 graus Celsius). Esta é uma temperatura na qual a estabilidade das células solares à base de iodeto de formamidínio é conhecida por ser limitada. A exposição por um longo período significa que a equipe gerou perovskitas 3D “ultraestáveis”.
É importante ressaltar que a nova forma de projetar perovskitas as torna receptivas a métodos de processamento de soluções e significa que poderiam ser produzidas em maior escala. O estudo marca um grande passo em direção à maturidade das células solares de perovskita, disseram os cientistas.