Brasileiros desenvolvem célula solar de perovskita

Células solares de perovskita

Em um feito inédito no Brasil, pesquisadores do Instituto de Química da Unicamp fabricaram os primeiros protótipos de células solares de perovskita.

A perovskita despontou recentemente como uma alternativa potencialmente mais barata e mais eficiente ao silício, empregado atualmente nas células solares fotovoltaicas.

"Fizemos tudo aqui no LNES [Laboratório de Nanotecnologia e Energia Solar], com a estrutura da qual já dispúnhamos e sem a colaboração de grupos estrangeiros," afirma o químico Rodrigo Szostak, que contou com a orientação da professora Ana Flávia Nogueira.

Os testes indicaram uma eficiência de 13% por parte das células de perovskita, índice semelhante ao alcançado pelas células solares de silício vendidas comercialmente, cuja eficiência gira em torno de 15%.

Do laboratório para o mercado

Apesar da potencialidade das perovskitas, Rodrigo lembra que todos os resultados obtidos até agora com o material ainda estão em escala laboratorial.

É por isso que outro pesquisador da equipe, Matheus Serra de Holanda, está trabalhando em técnicas para evitar que o material, que é extremamente sensível à umidade, absorva a água presente no ambiente. "Estou promovendo modificações nas perovskitas para evitar que a umidade interfira no processo de conversão direta da radiação em eletricidade. Felizmente, os testes que temos realizado estão gerando bons resultados," adiantou ele.

O que a equipe já sabe com certeza é que, se as células solares de perovskita vão se mover mesmo do laboratório para o mercado, isso exigirá uma colaboração multidisciplinar: "A nossa equipe conta com químicos, um físico e um engenheiro eletrônico. Quando chegarmos ao ponto de migrar da bancada para a escala comercial, certamente precisaremos também do apoio de um engenheiro eletricista. Ainda estamos um pouco distantes de desenvolver um produto, mas nosso objetivo é esse", contou Rodrigo.

Perovskita

Perovskita é o nome de uma estrutura cristalina descoberta pelo mineralogista alemão Gustav Rose em 1839, nos Montes Urais, na Rússia. O mineral foi batizado em homenagem ao também mineralogista russo Count Lev Alexevich von Perovski.

Desde então, o termo perovskita tem sido usado para nomear uma classe de materiais - uma perovskita pode ser puramente inorgânica ou híbrida, onde alguns componentes são orgânicos, como é o caso das utilizadas em células solares.

A família de perovskitas com propriedades fotovoltaicas é composta por um cátion orgânico, um inorgânico, sendo chumbo ou estanho, e um halogênio, sendo iodo, bromo ou cloro.

As células solares de grafeno-perovskita excedem 18% de eficiência.

Uma equipe de pesquisadores da Itália criou células solares de grafeno perovskita híbridas que mostram boa estabilidade quando expostas à luz solar, mantendo uma eficiência impressionante de mais de 18% - a maior eficiência relatada de células solares híbridas de grafite perovskita até hoje.

Apesar do tremendo progresso no desempenho de PV de Perovskita, a estabilidade desses dispositivos ainda é questionável. Em particular, o ar e a umidade degradam o desempenho das células, assim como a exposição contínua à luz solar e ao calor, retardando as vantagens sobre outros tipos de células solares. 

Os materiais relacionados com grafeno e grafeno (GRMs) têm propriedades que os fazem brilhar em aplicações como camadas protectoras, e surgem como candidatos naturais para proteger as unidades de conservação da degradação atmosférica. A equipe italiana revisou as propriedades de proteção do grafeno e GRMs, incluindo óxido de grafeno (GO) e óxido de grafeno reduzido (rGO), têm em PSCs. Além disso, o relatório descreve um novo tipo de célula solar de perovskita híbrida contendo ambos os flocos de grafeno e uma camada GO.

A nova célula exibe um PCE de até 18,2%.

Óxido de Grafeno (GO) - Créditos: LQES

Perovskita (PV). - Créditos: LQES

No novo design de células, o grafeno desempenha um papel duplo. A eficiência de conversão de energia melhorada (PCE) é obtida usando tanto o TiO2 mesoporoso dopado com grafeno (mTiO2 + G) como o fotoeletrodo de transporte de elétrons (PE) e óxido de grafeno (GO) como interlayer entre perovskita e camada de transporte de furos (HTL ).

A adição de flocos de grafeno à camada de TiO2 mesoporosa melhora a injeção de carga e a coleta na camada, o que resulta diretamente em maior eficiência celular. Simultaneamente, uma camada de GO entre a perovskita e o HTL aumenta a densidade de corrente, aumentando ainda mais a eficiência total. Em termos de estabilidade, as células mTiO2 + G retêm mais de 88% de sua eficiência após 16 horas de exposição prolongada ao sol.

Este trabalho aponta para uma nova direção no design de células solares de grafeno-perovskita que poderia levar a células solares estáveis ​​altamente eficientes no futuro.

Fonte: Azonano

Uma interação entre perovskitas e pontos quânticos poderia melhorar as tecnologias de LED e solar.

Pesquisadores em Valência estudaram a interação de dois materiais, perovskita e pontos quânticos, revelando um enorme potencial para o desenvolvimento de LEDs avançados e células solares mais eficientes (Science Advances: "emissão de luz sintonizável por formação de estado exciplex entre perovskita de haleto híbrido e core / shell quantum dotes: Implicações em LEDs avançados e fotovoltaicos").

Pesquisadores da Universitat Jaume I (Universidade James I, UJI) e da Universitat de València (Universidade de Valência, UV) quantificaram o “estado exciplex” resultante do acoplamento de perovskitas halógenas e pontos quânticos coloidais. Ambos conhecidos separadamente por suas propriedades optoeletrônicas, quando reunidos, esses materiais produzem comprimentos de onda muito maiores do que os obtidos apenas pelo material, além de propriedades de ajuste fácil que, juntas, têm o potencial de promover mudanças importantes nas tecnologias de LED e solar.

Os materiais de perovskita são as estrelas em ascensão da indústria fotovoltaica. Eles são baratos de produzir, simples de fabricar e muito, muito eficientes. Melhor ainda, eles são relativamente novos para a cena e ainda há muito potencial para explorar células solares ainda mais eficientes. Eles também são usados ​​na tecnologia LED. Os pontos quânticos (QDs), por sua vez, são uma família de materiais semicondutores com propriedades emissoras de luz muito interessantes, incluindo a capacidade de sintonizar os comprimentos de onda em que a luz é emitida. Eles também são muito úteis em LEDs e células solares.

O resultado de unir os dois materiais é um novo estado exciplex, em que a luz pode ser emitida em comprimentos de onda muito maiores, alcançando o espectro infravermelho, além de permitir o controle da emissão de cor via tensão aplicada. Cada material - a perovskita, o QDs e o novo estado exciplex - emite luz com uma cor diferente, cada um dos quais pode ser ponderado dentro da emissão de luz global para escolher a cor desejada.

Isso significa que os LEDs podem ser projetados para emitir luz sobre os espectros visível e infravermelho ao mesmo tempo, o que teria aplicações no campo das telecomunicações.

Além disso, trabalhando com base no princípio da reciprocidade, esse novo estado potencialmente levará ao desenvolvimento de células solares que podem transformar mais da luz do Sol em energia elétrica. Atualmente, as células solares só podem transformar a luz emitida em uma faixa relativamente estreita de comprimentos de onda. Mas, se for possível produzir luz em comprimentos de onda maiores por meio de uma entrada elétrica, é teoricamente possível obter energia elétrica ao absorver a luz com esses comprimentos de onda mais longos, aumentando assim a eficiência das células solares.

Fonte: Universitat de València, Universidade Jaume I.

Pesquisadores aprimoram tinta que permite captação de energia solar

Pesquisadores do departamento de Física e Astronomia e do setor de Química e Engenharia Biológica da universidade de Scheffield (Inglaterra) estão aprimorando um método de captação de energia solar por meio de semicondutores baseados no mineral perovskita; painéis solares, como mostra a imagem acima, podem ficar obsoletos.

O projeto tem gerado resultados notáveis quanto à sua eficiência – o protótipo do painel solar atinge 11% dos seus 19% totais de desempenho quando colado à prova. “Há muito entusiasmo em torno do perovskita com base no efeito fotovoltaico (potencial de tensão ou corrente elétrica de um material)”, diz David Lidzey, pesquisador responsável por chefiar o estudo.

A pintura de painéis baseados no composto é um processo barato quando comparado à fabricação dos semicondutores de energia atuais. No futuro, o mesmo método utilizado pelas montadoras de carros poderá cobrir latarias com tinta de perovskita. “Esta classe de material oferece um potencial notável que possibilita a combinação de células solares de alta eficiência com custos de produções baixos de fotovoltaicos”, comenta Lidzey.

Usar o composto baseado no mineral perovskita para captação de energia solar não é uma ideia necessariamente nova – pesquisas em torno deste processo começaram a ganhar destaque principalmente a partir de 2012. O desenvolvimento de tinta a dispositivos capazes de absorver radiação também é um processo conhecido por engenheiros.

Método de pintura usada por indústrias automobilísticas poderá ser adotado.

O trunfo da atual empreitada consiste no uso do novo composto (o perovskita é baseado em cálcio com óxido de titânio). Há alguns anos, o potencial de absorção, captação e criação de corrente elétrica através de uma pasta de perovskita ficava em apenas 1%.

Espera-se que as pesquisas atuais sejam capazes de criar processos de aplicação do material em escala industrial. “Este é um passo eficiente que permite a produção de dispositivos com células solares a baixo custo por meio de métodos de grande escala”, conclui o pesquisador. É provável, desta forma, que até mesmo aparelhos móveis (como smartphones, tablets ou notebooks) sejam revestidos com pintura que possibilita recarga no futuro.