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Pesquisadores australianos criam células solares através da perovskita

Você já ouviu falar de perovskita? Não, não é nome de vodka ou de alguma cidade russa. Perovskita, na verdade, é um mineral com uma estrutura cristalina descoberto nos montes Urais e que recebeu esse nome em homenagem ao mineralogista russo Lev Perovski. Compostos sintéticos com essa estrutura, coletivamente chamados de perovskitas, são semicondutores versáteis e podem ser sintetizados em laboratório com relativa facilidade.


É a partir desse material sintético que os pesquisadores Dr. Christopher Hall (University of Melbourne), Dr. Wenxin Mao (Monash University) e Dr. Stefano Bernardi (University of Sydney) decidiram contribuir para o desenvolvimento de uma nova alternativa para as células fotovoltaicas na sua pesquisa “Organised chaos: The key to next-generation solar technology”. Assim como o silício, material utilizado nestas células, as perovskitas são semicondutores que absorvem a luz visível, com uma gama de propriedades que se encaixam em diferentes aplicações.

Um dos recursos mais marcantes destes materiais é que eles apresentam uma tolerância alta a defeitos estruturais. Isso permite a aplicação de técnicas de processamento de soluções na fabricação de dispositivos, simplificando a produção destes dispositivos, ao passo que oferece o potencial de imprimir células solares de perovskitas utilizando sistemas de impressão mais baratos e rápidos.

 


Silício e perovskita


O interesse da comunidade acerca da perovskita não é algo novo. Estudos realizados ao longo das duas últimas décadas demonstraram o potencial do material em obter uma eficiência similar ao silício. Hoje, essa eficiência é praticamente idêntica: os dispositivos com perovskita atingem 25.7%, enquanto os com silício 26.1%.


Alguns grupos de pesquisadores foram além. Ao combinar silício e perovskita no que são conhecidas como células tandem, novas descobertas foram feitas. “As configurações de células tandem, que utilizam múltiplas camadas absorvedoras de luz para diferentes regiões do espectro solar, oferecem um caminho para construir placas fotovoltaicas com eficiência superior a 40%”, segundo o trio de pesquisadores.


Ao unir a perovskita com o silício, em série (ou in tandem), torna-se possível fabricar um dispositivo em que as duas faixas funcionam de forma cooperativa, aproveitando uma faixa muito maior do espectro solar. Como consequência, aumenta-se a eficiência deste dispositivo.


Ainda assim, há certos empecilhos. “Infelizmente, nestas configurações mistas, o material da perovskita se torna instável. Estamos muito interessados em descobrir a origem desta instabilidade e se conseguimos desenvolver uma maneira de prevenir ou controlar essa instabilidade nos dispositivos”, afirmam.

Os pesquisadores também pediram calma no desenvolvimento dessa nova tecnologia. Apesar da empolgação com os excelentes resultados, esta é uma parte bastante fundamental da pesquisa e requer tempo, investimento e uma investigação mais profunda antes que essas descobertas possam ter um impacto benéfico na indústria de energia solar e dispositivos comerciais.

 


A instabilidade


Em pesquisas fotovoltaicas, a testagem de dispositivos fotovoltaicos acontece sob uma condição padrão de luz conhecida como AM1.5 (air mass), que representa a média anual do espectro solar e da intensidade da luz que incide na superfície da Terra ao nível do mar em latitudes médias (como os EUA). A partir deste padrão, o trio constatou que a média de intensidade de luz experienciada por uma placa solar é de 100 mW cm-2.

Sob essas condições padrões, certos materiais contidos na perovskita agem de maneira instável. Porém, Christopher Hall, Wenxin Mao e Stefano Bernardi talvez tenham descoberto um modo de evitar esse problema. “Quando aumentamos a intensidade da luz para níveis superiores, como 10 W cm-2 com excitação contínua da luz, descobrimos que as instabilidades detectadas com intensidades inferiores não se mostraram presentes”, afirmaram os pesquisadores.


Para conseguir essa intensidade com a incidência de luz solar, seria necessário equipar as placas com um concentrador solar, o que instala um novo problema na vida dos pesquisadores.


A solução e seu custo


Pesquisadores tentam desenvolver uma célula solar compacta com iluminação de luz concentrada desde que as células solares se tornaram um tópico de pesquisa, confirma o trio. Por enquanto, sistemas concentradores compactos ainda não são comercialmente viáveis para configurações domésticas. Isso se deve à complexidade e ao custo associado a esses sistemas.


“Pode ser mais acessível explorar esses benefícios de placas fotovoltaicas concentradas em sistemas de maior geração de energia, em que o elevado custo envolvido pode ser contrabalanceado com benefícios associados com a escala e rastreadores solares, além da incorporação de tecnologias complementares que cultivam o componente termal da coincidência de luz solar”, sugeriram.


Popularidade e “mundo real”


Após a publicação do seu estudo, Christopher Hall, Wenxin Mao e Stefano Bernardi, ganharam certa popularidade dentro da comunidade da Engenharia. O trio recebeu o apoio de diversos grupos de pesquisadores que conduzem atividades na área. “Tem sido ótimo ver outros grupos ao redor do mundo compartilharem nosso interesse em entender as propriedades da perovskita em estado de excitação. Nós estamos ansiosos em entender os processos presentes nesses materiais e explorar o efeito de diferentes propriedades de materiais na estabilidade de composições mistas de perovskita”, contaram.


A popularidade não é só dentro da comunidade de pesquisa. De acordo com os responsáveis, diversas empresas da área de fotovoltaicos entraram em contato com interesse no desenvolvimento de placas concentradas. O trio não escondeu sua felicidade por furar a bolha acadêmica: “É ótimo que nossos resultados tiveram um impacto na indústria, o que nos motiva a continuarmos com o trabalho e a empurrar nossos dados da pesquisa para o ‘mundo real’.”

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