p As células solares perovskita totalmente inorgânicas são construídas em várias camadas. A camada inferior é de vidro, que tem vários milímetros de espessura. A segunda camada é um material condutor transparente denominado FTO. Em seguida, vem uma camada sensível a elétrons feita de óxido de titânio. A quarta camada é a perovskita fotoativa. Finalmente, a camada superior é de carbono. Crédito:Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa
p As novas células solares de perovskita totalmente inorgânicas enfrentam três desafios principais na tecnologia de células solares:eficiência, estabilidade, e custo. p Aproveitando a energia do sol, que emite energia imensamente poderosa do centro do sistema solar, é um dos principais objetivos para alcançar um abastecimento de energia sustentável.
p A energia da luz pode ser convertida diretamente em eletricidade usando dispositivos elétricos chamados células solares. A data, a maioria das células solares são feitas de silício, um material muito bom para absorver luz. Mas os painéis de silício são caros de produzir.
p Os cientistas estão trabalhando em uma alternativa, feito de estruturas perovskita. Perovskita verdadeira, um mineral encontrado na terra, é composto de cálcio, titânio e oxigênio em um arranjo molecular específico. Materiais com a mesma estrutura cristalina são chamados de estruturas perovskita.
p As estruturas de perovskita funcionam bem como a camada ativa de coleta de luz de uma célula solar porque absorvem a luz com eficiência, mas são muito mais baratas do que o silício. Eles também podem ser integrados em dispositivos usando equipamentos relativamente simples. Por exemplo, eles podem ser dissolvidos em solvente e pulverizados diretamente sobre o substrato.
p As células solares de perovskita ainda não foram produzidas em escala comercial. Atualmente, as novas células solares de perovskita da Unidade de Materiais de Energia e Ciências de Superfície da OIST são pequenas o suficiente para que o Dr. Liu as segure na palma da mão. Crédito:Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa
p Materiais feitos de estruturas de perovskita podem revolucionar dispositivos de células solares, mas eles têm uma grande desvantagem:eles costumam ser muito instáveis, deteriorando-se com a exposição ao calor. Isso tem prejudicado seu potencial comercial.
p A Unidade de Materiais de Energia e Ciências de Superfície da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), liderado pelo Prof. Yabing Qi, desenvolveu dispositivos usando um novo material perovskita que é estável, eficiente e relativamente barato de produzir, pavimentando o caminho para seu uso nas células solares de amanhã. Seu trabalho foi publicado recentemente em
Materiais de energia avançados . Os acadêmicos de pós-doutorado Dr. Jia Liang e Dr. Zonghao Liu deram contribuições importantes para este trabalho.
p Este material possui vários recursos principais. Primeiro, é completamente inorgânico - uma mudança importante, porque os componentes orgânicos geralmente não são termoestáveis e se degradam sob o calor. Uma vez que as células solares podem ficar muito quentes ao sol, a estabilidade ao calor é crucial. Ao substituir as partes orgânicas por materiais inorgânicos, os pesquisadores tornaram as células solares de perovskita muito mais estáveis.
p "As células solares permanecem quase inalteradas após a exposição à luz por 300 horas, "diz o Dr. Zonghao Liu, um autor no papel.
p Dr. Longbin Qiu (esquerda) e Dr. Zonghao Liu (direita), ambos pesquisadores pós-doutorandos da Unidade de Materiais de Energia e Ciências de Superfície, contêm células solares feitas de seu novo material perovskita. Crédito:Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa
p As células solares de perovskita totalmente inorgânicas tendem a ter menor absorção de luz do que os híbridos orgânicos-inorgânicos, Contudo. É aqui que entra o segundo recurso:os pesquisadores do OIST doparam suas novas células com manganês para melhorar seu desempenho. O manganês muda a estrutura cristalina do material, aumentando sua capacidade de colheita de luz.
p "Assim como quando você adiciona sal a um prato para mudar seu sabor, quando adicionamos manganês, muda as propriedades da célula solar, "diz Liu.
p Em terceiro lugar, nessas células solares, os eletrodos que transportam a corrente entre as células solares e os fios externos são feitos de carbono, em vez do ouro usual. Esses eletrodos são significativamente mais baratos e mais fáceis de produzir, em parte porque podem ser impressos diretamente nas células solares. Fabricação de eletrodos de ouro, por outro lado, requer altas temperaturas e equipamento especializado, como uma câmara de vácuo.
p Imagem de microscopia eletrônica de células solares de perovskita, mostrando as diferentes camadas. Crédito:Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa
p Ainda há uma série de desafios a superar antes que as células solares de perovskita se tornem tão comercialmente viáveis quanto as células solares de silício. Por exemplo, enquanto as células solares de perovskita podem durar um ou dois anos, as células solares de silício podem funcionar por 20 anos.
p Qi e seus colegas continuam a trabalhar na eficiência e durabilidade dessas novas células, e também estão desenvolvendo o processo de fabricação em escala comercial. Dada a rapidez com que a tecnologia se desenvolveu desde que a primeira célula solar de perovskita foi relatada em 2009, o futuro dessas novas células parece brilhante.
