Materiais chamados perovskitas apresentam forte potencial para uma nova geração de células solares, mas eles tiveram problemas para ganhar força em um mercado dominado por células solares à base de silício. Agora, um estudo realizado por pesquisadores do MIT e de outros lugares delineia um roteiro de como essa tecnologia promissora pode passar do laboratório para um lugar significativo no mercado solar global.

A análise "tecnoeconômica" mostra que, começando com nichos de mercado de maior valor e expandindo gradualmente, Os fabricantes de painéis solares poderiam evitar os altos custos de capital inicial que seriam necessários para tornar os painéis baseados em perovskita diretamente competitivos com o silício para instalações de grande escala desde o início. Em vez de fazer um investimento inicial proibitivamente caro, de centenas de milhões ou mesmo bilhões de dólares, para construir uma planta para produção em escala de serviço, a equipe descobriu que começar com aplicativos mais especializados poderia ser realizado para um investimento de capital inicial mais realista da ordem de US $ 40 milhões.

Os resultados são descritos em artigo publicado na revista. Joule pelo pós-doutorado do MIT Ian Mathews, o cientista pesquisador Marius Peters, professor de engenharia mecânica Tonio Buonassisi, e cinco outros no MIT, Wellesley College, e Swift Solar Inc.

As células solares baseadas em perovskitas - uma ampla categoria de compostos caracterizados por um certo arranjo de sua estrutura molecular - poderiam fornecer melhorias dramáticas em instalações solares. Seus materiais constituintes são baratos, e eles podem ser fabricados em um processo de rolo a rolo, como a impressão de um jornal, e impresso em material de suporte leve e flexível. Isso pode reduzir significativamente os custos associados ao transporte e instalação, embora ainda exijam mais trabalho para melhorar sua durabilidade. Outros novos materiais de células solares promissores também estão em desenvolvimento em laboratórios em todo o mundo, mas nenhum ainda fez incursões no mercado.

"Muitos novos materiais e empresas de células solares foram lançados ao longo dos anos, "diz Mathews, "e ainda, Apesar disso, o silício continua sendo o material dominante na indústria há décadas. "

Por que é esse o caso? "As pessoas sempre disseram que uma das coisas que impedem as novas tecnologias é que o custo de construir grandes fábricas para realmente produzir esses sistemas em escala é demais, ", diz ele." É difícil para uma startup cruzar o que é chamado de 'vale da morte, 'para levantar as dezenas de milhões de dólares necessários para chegar à escala em que esta tecnologia possa ser lucrativa na indústria de energia solar mais ampla. "

Mas há uma variedade de aplicações de células solares mais especializadas, onde as qualidades especiais das células solares à base de perovskita, como seu peso leve, flexibilidade, e potencial para transparência, proporcionaria uma vantagem significativa, Diz Mathews. Ao focar nesses mercados inicialmente, uma empresa de energia solar iniciante poderia crescer em escala gradualmente, alavancando os lucros dos produtos premium para expandir suas capacidades de produção ao longo do tempo.

Descrevendo a literatura sobre células solares à base de perovskita sendo desenvolvidas em vários laboratórios, ele diz, "Eles estão reivindicando custos muito baixos. Mas eles estão reivindicando quando sua fábrica atinge uma certa escala. E eu pensei, já vimos isso - as pessoas afirmam que um novo material fotovoltaico será mais barato do que todo o resto e melhor do que todo o resto. Isso é ótimo, exceto que precisamos ter um plano de como realmente conseguiremos o material e a tecnologia em escala. "

Como ponto de partida, ele diz, "Adotamos uma abordagem que eu realmente não vi ninguém fazer:vamos modelar o custo de fabricação desses módulos em função da escala. Portanto, se você tiver apenas 10 pessoas em uma pequena fábrica, Por quanto você precisa vender seus painéis solares para ser lucrativo? E quando você alcança escala, quão barato seu produto se tornará? "

A análise confirmou que tentar entrar diretamente no mercado de instalações solares de telhado ou solares em escala de utilidade exigiria um grande investimento inicial de capital, ele diz. Mas "olhamos os preços que as pessoas podem obter na internet das coisas, ou o mercado de energia fotovoltaica integrada em edifícios. As pessoas geralmente pagam um preço mais alto nesses mercados porque são mais um produto especializado. Eles pagarão um pouco mais se o seu produto for flexível ou se o módulo se encaixar em um envelope de construção. ”Outros nichos de mercado potenciais incluem dispositivos microeletrônicos autoalimentados.

Tais aplicações tornariam a entrada no mercado viável sem a necessidade de grandes investimentos de capital. "Se você fizer isso, o valor que você precisa para investir em sua empresa é muito, muito menos, na ordem de alguns milhões de dólares em vez de dezenas ou centenas de milhões de dólares, e isso permite que você desenvolva mais rapidamente uma empresa lucrativa, " ele diz.

"É uma maneira de eles provarem sua tecnologia, tanto tecnicamente quanto construindo e vendendo um produto e garantindo que ele sobreviva no campo, "Mathews diz, "e também, apenas para provar que você pode fabricar a um determinado preço. "

Já, há um punhado de empresas iniciantes trabalhando para tentar trazer células solares de perovskita para o mercado, ele aponta, embora nenhum deles ainda tenha um produto real à venda. As empresas adotaram abordagens diferentes, e alguns parecem estar embarcando no tipo de abordagem de crescimento passo a passo delineada por esta pesquisa, ele diz. "Provavelmente a empresa que arrecadou mais dinheiro é uma empresa chamada Oxford PV, e eles estão olhando para células tandem, "que incorporam células de silício e perovskita para melhorar a eficiência geral. Outra empresa é aquela fundada por Joel Jean Ph.D. '17 (que também é co-autor deste artigo) e outras, chamado Swift Solar, que está trabalhando em perovskitas flexíveis. E há uma empresa chamada Saule Technologies, trabalhando em perovskites imprimíveis.

Mathews diz que o tipo de análise técnico-econômica que a equipe usou em seu estudo poderia ser aplicada a uma ampla variedade de outras novas tecnologias relacionadas à energia, incluindo baterias recarregáveis ​​e outros sistemas de armazenamento, ou outros tipos de novos materiais de células solares.

"Existem muitos artigos científicos e estudos acadêmicos que analisam quanto custará para fabricar uma tecnologia quando ela estiver em escala, "ele diz." Mas muito poucas pessoas realmente olham para quanto custa em uma escala muito pequena, e quais são os fatores que afetam as economias de escala? E acho que isso pode ser feito para muitas tecnologias, e isso nos ajudaria a acelerar a forma como levamos as inovações do laboratório para o mercado. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.