04/02/2022
Células de Perovskita Atingem Recorde de Eficiência de 25,7%
Se você está no mercado de energia solar e acompanha a corrida mundial da ciência para melhorar a eficiência dos painéis solares, já deve ter ouvido falar num mineral chamado perovskita (óxido de cálcio e titânio, CaTiO3). Ele é relativamente raro e possui propriedades ferroelétricas, ou seja, possui polarização espontânea em determinada faixa de temperatura; tal polarização pode ser invertida com a aplicação de um campo elétrico externo. Por suas características muito favoráveis, a perovskita tem sido objeto de estudo em eficiência energética.
Recentemente, um grande avanço foi feito por cientistas da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, e do Instituto de Pesquisa Energética da Coreia do Sul, que encontraram uma maneira inovadora de aumentar e manter o alto desempenho de células solares de perovskita, mesmo em grandes escalas. À frente da descoberta, publicada na revista Science, estão os professores Dong Suk Kim, do instituto coreano, e Michael Grätzel, da EPFL.
A ideia envolve a substituição da camada de transporte eletrônico das células de perovskita por uma fina camada de pontos quânticos, partículas na escala de nanômetros que agem como semicondutores e emitem luz de comprimentos de onda específicos (cores) quando iluminados. Suas propriedades ópticas únicas tornam os pontos quânticos ideais para uso em uma variedade de aplicações ópticas, incluindo os dispositivos fotovoltaicos.
Ao substituírem a camada de transporte eletrônico de dióxido de titânio das células por uma fina camada de pontos quânticos de óxido de estanho (IV) estabilizados por ácido policrílico, os pesquisadores identificaram a melhoria da capacidade de captura de luz dos dispositivos. Com a camada de pontos quânticos, células solares de perovskita de 0,08 cm2 atingiram eficiência recorde de conversão de energia de 25,7% (certificada como 25,4%) e alta estabilidade operacional. Ao aumentar a área de superfície das células para 1, 20 e 64 cm2, a eficiência de conversão obtida foi de 23,3%, 21,7% e 20,6%, respectivamente.
A solução tem potencial para reduzir um dos principais obstáculos enfrentados pela comercialização de células solares de perovskita, ou seja, a queda da eficiência de conversão de energia e da estabilidade operacional à medida que elas são expostas à radiação solar. O problema é em parte com a camada de transporte eletrônico da célula, que garante que os elétrons produzidos quando a célula absorve a luz se transferirão eficientemente para o eletrodo do dispositivo. Em células de perovskita, a camada de transporte de elétrons é feita com dióxido de titânio, que mostra baixa mobilidade eletrônica e também é suscetível a eventos adversos fotocatalíticos sob luz ultravioleta.
O químico Michael Grätzel está empenhado há muito tempo no desenvolvimento e viabilização da perovskita. Para quem gosta de ir a fundo na ciência das coisas, disponibilizamos no vídeo abaixo uma de suas palestras a respeito do assunto. Faça também o download de um de seus estudos em pdf: inovacare.solar/documentos/estudo-perovskita_220204142100.pdf
Fontes: Fotovolt, Nature Communications e Wikipedia