À medida que as células solares de perovskita estabelecem recordes de eficiência e a tecnologia nascente se torna mais estável, outro grande desafio permanece:a questão da escalabilidade, de acordo com pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável do Departamento de Energia (NREL).

"É escalável, "disse Kai Zhu, pesquisador de ciência de materiais no NREL. "Precisamos apenas demonstrar eficiência e rendimento em grande escala para mover a tecnologia além do laboratório."

Autor principal de um novo artigo da Nature Reviews Materials intitulado, "Fabricação escalável de células solares de perovskita, "Zhu e seus colegas do NREL revisaram os esforços para mover perovskitas do laboratório para o telhado. Zhen Li, Talysa Klein, Dong Hoe Kim, Mengjin Yang, Joseph Berry, e Maikel van Hest são os co-autores.

A maioria dos painéis solares no mercado hoje é feita de silício, mas as células solares de perovskita têm o potencial de acelerar o crescimento da fabricação de energia fotovoltaica (PV) nos Estados Unidos porque são muito mais baratas de fabricar e mostraram potencial de desempenho em laboratório. As perovskitas atingiram níveis recordes de eficiência mais rápido do que qualquer outra tecnologia de célula solar com o recorde atual - certificado no verão passado - agora em 22,7 por cento. Mas a eficiência em uma célula solar perovskita diminui à medida que a célula e a área do módulo aumentam. Uma combinação de fatores é atribuída ao declínio, incluindo o revestimento não uniforme de produtos químicos na célula. Também, quando qualquer tipo de células solares são unidas para criar módulos, zonas inativas se formam entre as células onde a luz solar não é convertida em eletricidade, levando a quedas de eficiência.

Para fazer uma célula solar de perovskita em laboratório, os cientistas depositam produtos químicos em um substrato. O material perovskita se forma à medida que os produtos químicos se cristalizam. O método de deposição mais comumente usado em laboratório, chamado revestimento de rotação, produz dispositivos com a mais alta eficiência, mas o processo desperdiça mais de 90 por cento dos produtos químicos usados, a chamada tinta perovskita. O revestimento giratório também funciona melhor em células menores que quatro polegadas quadradas, mas não há uma maneira fácil de permitir que essa tecnologia seja usada em uma superfície maior.

Os pesquisadores do NREL examinaram os métodos de deposição escalonáveis ​​potenciais, Incluindo:

• Revestimento da lâmina, que usa uma lâmina para espalhar a solução química em substratos para formar filmes finos úmidos. O processo pode ser adaptado para fabricação rolo a rolo, com substratos flexíveis movendo-se em um rolo sob uma lâmina estacionária semelhante a como os jornais são impressos. O revestimento da lâmina desperdiça menos tinta do que o revestimento por rotação.
• Revestimento de fenda, que depende de um reservatório para fornecer a tinta precursora a fim de aplicar a tinta sobre o substrato. O processo não foi tão bem explorado quanto outros métodos e até agora demonstrou menor eficiência do que o revestimento da lâmina. Mas a reprodutibilidade do revestimento da fenda é melhor do que o revestimento da lâmina quando a tinta está bem desenvolvida, portanto, isso é mais aplicável para a fabricação rolo a rolo.
• Impressão a jato de tinta, que usa um pequeno bico para dispersar a tinta precursora. O processo tem sido usado para fazer células solares de pequena escala, mas se é adequado para alto volume, a produção em grandes áreas dependerá da velocidade de impressão e da estrutura do dispositivo.

Existem outros métodos, como eletrodeposição, mas não há nenhum relato de que seja usado para fazer a deposição direta de perovskitas de haleto em células solares de perovskita.

Apesar dos inúmeros desafios, progresso impressionante está sendo feito no sentido de aumentar a produção dessas células solares, os pesquisadores do NREL observaram no artigo. O novo artigo descreveu a pesquisa que precisa ser abordada para aumentar a escala da tecnologia. Uma área em particular que precisa de mais atenção é a arquitetura ideal de um módulo solar de perovskita.

Vários estudos estimam que as células solares de perovskita podem gerar eletricidade a um custo menor do que outras tecnologias fotovoltaicas, embora esses números sejam baseados em pesquisas hipotéticas. Mas uma conclusão que pode ser tirada dos estudos é que os maiores custos de entrada para módulos de perovskita virão de substratos e materiais de eletrodo, que aponta para uma série de oportunidades de inovação nessas áreas.