p Pesquisadores de energia solar da Universidade Estadual de Oregon estão focalizando seus holofotes científicos em materiais com estrutura cristalina descobertos há quase dois séculos. p Nem todos os materiais com a estrutura, conhecidos como perovskitas, são semicondutores. Mas as perovskitas baseadas em um metal e um halogênio são, e possuem um enorme potencial como células fotovoltaicas que poderiam ser muito mais baratas de fabricar do que as células à base de silício que dominaram o mercado desde seu início nos anos 1950.

p Potencial suficiente, pesquisadores dizem, talvez algum dia tenha uma participação significativa na participação dos combustíveis fósseis no setor de energia.

p John Labram do OSU College of Engineering é o autor correspondente em dois artigos recentes sobre estabilidade de perovskita, no Física das Comunicações e a Journal of Physical Chemistry Letters , e também contribuiu para um artigo publicado hoje em Ciência .

p O estudo em Ciência , liderado por pesquisadores da Universidade de Oxford, revelou que um aditivo molecular - um sal baseado no composto orgânico piperidina - melhora muito a longevidade das células solares de perovskita.

p As descobertas descritas em todos os três artigos aprofundam a compreensão de um semicondutor promissor que decorre de uma descoberta há muito tempo por um mineralogista russo. Nos Montes Urais em 1839, Gustav Rose encontrou um óxido de cálcio e titânio com uma intrigante estrutura de cristal e nomeou-o em homenagem ao nobre russo Lev Perovski.

p Perovskita agora se refere a uma variedade de materiais que compartilham a estrutura de cristal do original. O interesse por eles começou a acelerar em 2009 depois que um cientista japonês, Tsutomu Miyasaka, descobriram que algumas perovskitas são absorvedores eficazes de luz.

p "Por causa de seu baixo custo, as células solares perovskita têm o potencial de minar os combustíveis fósseis e revolucionar o mercado de energia, "Labram disse." Um aspecto mal compreendido desta nova classe de materiais, Contudo, é sua estabilidade sob iluminação constante, uma questão que representa uma barreira à comercialização. "

p Nos últimos dois anos, O grupo de pesquisa de Labram na Escola de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação construiu um aparato experimental único para estudar mudanças na condutância de materiais solares ao longo do tempo.

p "Em parceria com a Universidade de Oxford, demonstramos que a instabilidade induzida pela luz ocorre ao longo de muitas horas, mesmo na ausência de contato elétrico, ", disse ele." As descobertas ajudam a esclarecer resultados semelhantes observados em células solares e são a chave para melhorar a estabilidade e viabilidade comercial das células solares de perovskita. "

p A eficiência da célula solar é definida pela porcentagem de energia da luz solar que atinge uma célula que é convertida em energia elétrica utilizável.

p Sete décadas atrás, Bell Labs desenvolveu a primeira célula solar prática. Teve um modesto, pelos padrões de hoje, eficiência de 6% e custou caro para fazer, mas encontrou um nicho na alimentação dos satélites lançados durante os primeiros dias da corrida espacial.

p Hora extra, os custos de fabricação diminuíram e as eficiências aumentaram, embora a maioria das células não tenha mudado muito - elas ainda consistem em duas camadas de silício quase puro dopado com um aditivo. Absorvendo luz, eles usam a energia dele para criar uma corrente elétrica na junção entre eles.

p Em 2012, um dos colaboradores de Labram, Henry Snaith de Oxford, fez a descoberta revolucionária de que as perovskitas podem ser usadas como o principal componente das células solares, em vez de apenas como um sensibilizador. Isso levou a uma tempestade de atividades de pesquisa e milhares de artigos científicos publicados a cada ano sobre o assunto. Oito anos de pesquisa depois, células de perovskita agora podem operar com eficiência de 25% - tornando-as, pelo menos no laboratório, a par com as células de silício comerciais.

p As células de perovskita podem ser fabricadas de forma barata a partir de produtos químicos industriais e metais comuns e podem ser impressas em filmes flexíveis de plástico e produzidos em massa. Células de silício, por outro lado, são rígidos e feitos de bolachas finamente cortadas de silício quase puro em um caro, processo de alta temperatura.

p Um problema com os perovskitas é a tendência de serem um tanto instáveis ​​quando as temperaturas sobem, e outra é a vulnerabilidade à umidade - uma combinação que pode fazer as células se decomporem. Esse é um problema para um produto que precisa durar duas ou três décadas ao ar livre.

p "Em geral, ser capaz de vender um painel solar nos EUA e na Europa requer uma garantia de 25 anos, "Labram disse." O que isso significa na realidade é que a célula solar não deve mostrar menos que 80% de seu desempenho original após 25 anos. A tecnologia atual, silício, é muito bom para isso. Mas o silício deve ser produzido de forma cara em temperaturas superiores a 2, 000 graus Celsius sob condições controladas, para formar perfeito, cristais sem defeitos, para que funcionem corretamente. "

p Por outro lado, as perovskitas são altamente tolerantes a defeitos, Disse Labram.

p "Eles podem ser dissolvidos em um solvente, então impresso próximo à temperatura ambiente, "disse ele." Isso significa que eles poderiam eventualmente ser produzidos por uma fração do custo do silício, e, portanto, reduzir os combustíveis fósseis. Contudo, para que isso aconteça, eles precisam ser certificados com uma garantia de 25 anos. Isso exige que entendamos e melhoremos a estabilidade desses materiais. "

p Um caminho para o mercado é uma célula tandem feita de silício e perovskitas que poderia transformar mais do espectro da luz solar em energia. Os testes de laboratório em células tandem produziram eficiências de 28%, e as eficiências em meados dos anos 30 parecem realistas, Disse Labram.

p "As células tandem podem permitir que os produtores de painéis solares ofereçam um desempenho além de qualquer coisa que o silício sozinho possa alcançar, "disse ele." A abordagem dupla pode ajudar a remover a barreira para que os perovskitas entrem no mercado, no caminho para perovskitas, eventualmente agindo como células autônomas. "

p Semitransparente, filmes de perovskita também podem um dia ser usados ​​em janelas, ou em estufas, converter parte da luz solar que entra em eletricidade enquanto deixa o resto passar.

p “Quando se trata de geração de energia, o custo é o fator mais importante, "Labram disse." Silício e perovskitas agora mostram quase a mesma eficiência. A longo prazo, Contudo, as células solares de perovskita têm o potencial de ser feitas por uma fração do custo das células solares de silício. E embora a história tenha nos mostrado que a ação política sobre a mudança climática é amplamente ineficaz, se você pode gerar eletricidade a partir de fontes renováveis ​​a um custo menor do que os combustíveis fósseis, tudo que você precisa fazer é fazer o produto, então o mercado cuidará do resto. "