Pesquisadores da Northern Illinois University e do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) em Golden, Colorado, estão relatando hoje (19 de fevereiro) no jornal Natureza em um avanço potencial no desenvolvimento de células solares de perovskita híbridas.

Consideradas estrelas em ascensão no campo da energia solar, células solares perovskita convertem luz em eletricidade. Eles são potencialmente mais baratos e mais simples de produzir do que as células solares tradicionais à base de silício e, em pequena escala em ambientes de laboratório, pelo menos, demonstraram níveis de eficiência comparáveis. Mas os principais desafios permanecem antes que eles possam se tornar uma tecnologia comercial competitiva.

Um grande desafio é o uso de chumbo. A maioria das células solares de perovskita híbrida de alto desempenho contém chumbo solúvel em água, levantando preocupações sobre o vazamento potencial de células danificadas.

Liderados por Tao Xu do NIU e Kai Zhu do NREL, uma equipe de cientistas desenvolveu uma técnica para sequestrar o chumbo usado para fazer células solares de perovskita e minimizar o vazamento tóxico potencial aplicando películas absorventes de chumbo na parte frontal e posterior da célula solar.

"A questão da toxicidade do chumbo tem sido uma das mais irritantes, desafios de última milha no campo de células solares perovskita, "disse Xu, um professor de química da NIU. "Achamos que temos um remédio altamente promissor para esse problema - e pode ser uma virada de jogo.

"No caso de uma célula danificada, nosso dispositivo captura a grande maioria do chumbo, evitando que ele vaze para as águas subterrâneas e solos. Os filmes que usamos são insolúveis em água. "

Sob condições de severos danos à célula solar em um ambiente de laboratório, os filmes absorvedores de chumbo sequestraram 96% do vazamento de chumbo, os cientistas disseram. Seus experimentos indicam ainda que as camadas de absorção de chumbo não afetam negativamente o desempenho da célula ou a estabilidade da operação a longo prazo.

As células solares de perovskita são assim chamadas porque usam uma classe de estruturas cristalinas semelhantes às encontradas no mineral conhecido como perovskita. O composto estruturado por perovskita dentro dessas células solares é mais comumente um material à base de haleto de chumbo orgânico-inorgânico híbrido.

Os cientistas começaram a estudar essas estruturas de cristal para uso em células solares há apenas cerca de uma década e aumentaram rapidamente sua eficiência de conversão de energia solar. Considerando que as células solares de silício tradicionais são produzidas com processos precisos usando altas temperaturas, as perovskitas podem ser feitas com soluções químicas à temperatura ambiente.

A recém-desenvolvida "abordagem de sequestro no dispositivo" pode ser prontamente incorporada às configurações atuais de células solares de perovskita, Xu disse.

Uma película absorvente de chumbo transparente é aplicada a um vidro condutor na frente da célula solar. O filme de sequestro contém fortes grupos de ácido fosfônico de ligação ao chumbo, mas não impede a captura da luz pelas células. Um filme de polímero menos caro misturado com agentes quelantes de chumbo é usado no eletrodo de metal traseiro, que não precisa de transparência.

"Os materiais estão prontos para uso, mas eles nunca foram usados ​​para este propósito, "Xu disse." A luz deve entrar na célula para ser absorvida pela camada de perovskita, e o filme frontal realmente atua como um agente anti-reflexo, melhorando um pouco a transparência. "

Os testes de vazamento de chumbo incluíram martelar e estilhaçar o vidro frontal de células de 2,5 x 2,5 cm, e arranhar a parte traseira das células solares com uma lâmina de barbear, antes de submergir na água. Os filmes podem absorver a grande maioria do chumbo em células gravemente danificadas devido à entrada de água.

"É importante notar que a abordagem de sequestro de chumbo demonstrada também é aplicável a outras tecnologias baseadas em perovskita, como iluminação de estado sólido, aplicações de display e sensor, "disse Zhu, um cientista sênior do NREL.