Células solares de perovskita estão cada vez mais próximas da realidade

A ciência nunca deixa de nos surpreender. Não é à toa que células solares de perovskita estão cada vez mais próximas de se tornarem uma realidade comercializável. Atualmente, as células solares, ou fotovoltaicas, podem ser produzidas com os seguintes elementos: silício cristalino, silício monocristalino, silício policristalino, filme fino e heterojunção.

A eficiência das células solares se dá, basicamente, por sua capacidade de produzir 1m² durante uma hora de funcionamento, em condições de laboratório [STC = 25°C – 1000W/m² – 1.5AM]. Por exemplo, uma célula fotovoltaica de 18% de eficiência consegue produzir, em condições de laboratório, 180 Watts por 1m² em uma hora. Já uma de 15% consegue produzir 150 Watts e assim por diante.

As constantes melhoria tecnológicas mostram que a ainda existe muito o que descobrir sobre o poder da energia solar. Como é o caso do gráfico da National Renewable Energy Laboratory (NREL) que mostra os avanços dos diversos tipos de células solares.

O que são células solares de perovskita

células solares

A perovskita é um metal relativamente raro, no formato de cristais. Ela acontece em rochas metamórficas e quando associada a intrusões máficas, a sienitos nefelínicos e raramente a carbonatitos. Basicamente é óxido de cálcio e titânio cúbico.

Há uma década, se descobriu que as perovskitas de haleto de metal são materiais fotovoltaicos. Hoje, as células solares de perovskita são quase tão eficientes quanto as melhores celulares solares de silício convencionais.

E existem grandes esperanças de que elas se tornem uma alternativa altamente eficiente e de baixo custo, já que podem ser fabricadas por métodos simples e rápidos, como a impressão 3D.

O principal obstáculo para a comercialização desse tipo de células solares é que a estabilidade do produto. Isso porque a estabilidade operacional é comumente avaliada pela iluminação contínua no laboratório ou por testes externos.

Obstáculos enfrentados pelas células solares de perovskita

celulas solares

O primeiro obstáculo está na desvantagem de não contabilizar as variações de operação no mundo real em irradiância e temperatura por causa das mudanças de dia e noite. O que é especialmente importante por causa do longo tempo de resposta das células solares de perovskita.

Por outro lado, alguns testes externos exigem que os dispositivos sejam encapsulados para serem protegidos da exposição às condições climáticas adversas. Mas o encapsulamento aborda, principalmente, os mecanismos de falha parasitária – que não estão, necessariamente, relacionados ao próprio material da perovskita.

Na tentativa de fugir desses problemas, o cientista Wolfgang Tress, do laboratório Anders Hagfeldt da EPFL, junto a colegas do laboratório de Michael Gratzel, levou condições do mundo real para o ambiente controlado em laboratório.

Assim, utilizando dados de uma estação meteorológica próxima a Lausanne (Suíça), conseguiram reproduzir os perfis reais de temperatura e irradiância de dias específicos ao longo do ano. A partir desta abordagem, os cientistas foram capazes de quantificar o rendimento energético dos dispositivos em condições reais.

O estudo constatou que as variações de temperatura e irradiância não afetam o desempenho das células solares de perovskita de formas severas. E embora a eficiência das células diminua ligeiramente ao longo do dia, ela se recupera durante à noite.

Células Solares de Perovskita mais próximas do mercado

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Recentemente, cientistas da Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), relataram que uma camada protetora de resina epóxi ajuda a evitar o vazamento de poluentes das células solares de perovskita.

Adicionando um polímero de “autocorreção” nas células solares de perovskita que reduz radicalmente a quantidade de chumbo descarregada no ambiente, dá uma forte perspectiva de que a probabilidade dessa tecnologia ser comercializada em breve.

Com os níveis atmosféricos de dióxido de carbono atingindo seus níveis mais altos registrados na história e os eventos climáticos extremos continuando a aumentar em número, o mundo está se afastando cada vez mais de sistemas de energia que dependem de combustíveis fósseis para energias renováveis, ​​como a solar.

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A tecnologia solar de perovskita é promissora, mas um dos principais desafios para a comercialização é que ela pode liberar poluentes como o chumbo no ambiente – especialmente sob condições climáticas extremas.

O chefe da Unidade de Materiais e Superfícies de Energia, Yabing Qi, que liderou o estudo, exlica que “Embora as células solares de perovskita sejam eficientes na conversão de luz solar em eletricidade a um custo acessível, o fato de conterem chumbo aumento a preocupação ambiental”.

O ponto agora é encontrar um jeito de fazer com que esse chumbo presente nas células solares de perovskita seja aproveitado no processo de conversão de energia. Evitar seu vazamento é um passo crucial para a comercialização destas células solares.

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