A energia solar tem sido considerada a opção mais sustentável para substituir nossa dependência de combustíveis fósseis, mas as tecnologias para converter a energia solar em eletricidade devem ser eficientes e baratas.

Cientistas da Unidade de Materiais de Energia e Ciências de Superfície da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) acreditam que encontraram uma fórmula vencedora em um novo método para fabricar células solares de baixo custo e alta eficiência. Prof. Yabing Qi e sua equipe da OIST em colaboração com o Prof. Shengzhong Liu da Shaanxi Normal University, China, desenvolveu as células usando materiais e compostos que imitam a estrutura cristalina do mineral perovskita que ocorre naturalmente. Eles descrevem sua técnica em um estudo publicado na revista. Nature Communications .

No que o Prof. Qi se refere como "o triângulo dourado, "As tecnologias de células solares precisam cumprir três condições para valer a pena comercializar:sua taxa de conversão de luz solar em eletricidade deve ser alta, eles devem ser baratos de produzir, e eles devem ter uma longa vida útil. Hoje, a maioria das células solares comerciais são feitas de silício cristalino, que tem uma eficiência relativamente alta de cerca de 22%. Apesar de silício, a matéria-prima para essas células solares, é abundante, o processamento tende a ser complexo e aumenta os custos de fabricação, tornando o produto acabado caro.

Perovskite oferece uma solução mais acessível, Prof. Qi diz. A perovskita foi usada pela primeira vez para fazer células solares em 2009 pela equipe de pesquisa do Prof. Tsutomu Miyasaka na Universidade Toin de Yokohama, Japão, e desde então vem ganhando importância rapidamente. “A pesquisa com células de perovskita é muito promissora. Em apenas nove anos, a eficiência dessas células passou de 3,8% para 23,3%. Outras tecnologias levaram mais de 30 anos de pesquisa para atingir o mesmo nível, "explica o Prof. Qi. O método de fabricação que ele e sua equipe de pesquisa desenvolveram produz células solares de perovskita com uma eficiência comparável às células de silício cristalino, mas é potencialmente muito mais barato do que fabricar células solares de silício.

Para fazer as novas células, os pesquisadores revestiram substratos condutores transparentes com filmes de perovskita que absorvem a luz solar de forma muito eficiente. Eles usaram uma técnica baseada em reação gás-sólido em que o substrato é primeiro revestido com uma camada de triiodeto de chumbo hidrogênio incorporado com uma pequena quantidade de íons de cloro e gás metilamina - permitindo que eles façam painéis uniformes grandes de forma reprodutível, cada uma consistindo de várias células solares.

No desenvolvimento do método, os cientistas perceberam que fazer a camada de perovskita com 1 mícron de espessura aumentava significativamente a vida útil da célula solar. "As células solares estão quase inalteradas depois de trabalhar por 800 horas, "diz o Dr. Zonghao Liu, um pós-doutorado na unidade de pesquisa do Prof. Qi no OIST e o primeiro autor do estudo. Além disso, um revestimento mais espesso não só aumentou a estabilidade das células solares, mas também facilitou os processos de fabricação, reduzindo assim seus custos de produção. "A camada absorvente mais espessa garante boa reprodutibilidade da fabricação de células solares, que é uma vantagem chave para a manufatura em massa no cenário realista de escala industrial, "diz o Dr. Liu.

O grande desafio que o Prof. Qi e sua equipe enfrentam agora é aumentar o tamanho de sua célula solar recém-projetada do protótipo de 0,1 mm2 para grandes painéis de tamanho comercial que podem ter vários metros de comprimento. É aqui que a indústria pode ajudar. "Existe uma grande lacuna entre as descobertas em laboratório e a realidade, e a indústria nem sempre está pronta para cobrir toda essa lacuna sozinha. Então, os pesquisadores precisam dar mais um passo necessário além de seus laboratórios e encontrar a indústria no meio do caminho, "diz o Prof. Qi.

Para dar esse passo, O Prof. Qi e a equipe receberam uma doação generosa do Centro de Inovação e Desenvolvimento Tecnológico da OIST, sob seu Programa de Prova de Conceito. Com esse financiamento, a equipe construiu um modelo de trabalho de seus novos módulos solares de perovskita consistindo em várias células solares em substratos de 5 cm x 5 cm, com uma área ativa de 12 cm2 - muito maior do que seu protótipo experimental, mas menor do que o necessário para fins comerciais. Embora o processo de aumento da escala tenha reduzido a eficiência das células de 20% para 15%, os pesquisadores estão otimistas de que serão capazes de melhorar a forma como trabalham nos próximos anos e comercializar com sucesso seu uso.