Células solares flexíveis e transparentes atingem vida útil de 30 anos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/06/2022

Protótipos das células solares de perovskita (pequenas faixas pretas) encapsuladas para os testes de durabilidade.
[Imagem: Bumper DeJesus]

Células solares de perovskita

As células solares de perovskita são flexíveis, transparentes e muito mais baratas que as células fotovoltaicas tradicionais, à base de silício, que são ainda rígidas e opacas.

O problema é que essas células tinham pouca durabilidade em condições reais de operação, inviabilizando seu uso comercial.

Agora, Xiaoming Zhao e seus colegas da Universidade de Princeton, nos EUA, fabricaram células solares de perovskita que passaram no teste simulado de durabilidade de 30 anos, uma vida útil mais do que suficiente para que essas células cheguem ao mercado.

E as células mostraram-se não apenas altamente duráveis, como também atenderam aos padrões comuns de eficiência - é a primeira dessa classe a rivalizar com o desempenho das células à base de silício.

A perovskita original é um óxido de cálcio e titânio (CaTiO₃), mas a facilidade de ajustar suas propriedades fez surgir uma classe de diversos materiais semicondutores que apresentam a mesma estrutura cristalina da perovskita original: São substâncias constituídas por dois cátions (íons positivos) de diferentes tamanhos, descritos pela fórmula molecular ABX₃, na qual A e B representam os cátions e X representa halogênios.

Vida útil simulada

Ao contrário do silício, as perovskitas são notoriamente frágeis. E, embora sua eficiência na conversão de energia tenha acelerado em um ritmo notável na última década, a estabilidade desses dispositivos vinha melhorando muito mais lentamente.

Zhao conseguiu superar esse desafio construindo camadas que protegem a parte ativa da célula solar.

Ele desenvolveu uma camada de cobertura ultrafina entre dois componentes cruciais: A camada absorvente de luz de perovskita e uma camada transportadora das cargas elétricas, feita de sal cúprico e outras substâncias. O resultado é que, além de bater o recorde de eficiência, o semicondutor não queima mais em questão de semanas ou meses, como acontecia até agora.

Para simular a vida útil da célula solar, foi necessário desenvolver um novo processo de envelhecimento rápido, o que foi feito iluminando a célula solar e simultaneamente submetendo-a ao calor, acelerando o que aconteceria naturalmente ao longo de anos de exposição ao Sol. Os pesquisadores escolheram quatro temperaturas de envelhecimento e mediram os resultados nesses quatro fluxos de dados diferentes, desde a temperatura de referência de um dia típico de verão até um extremo de 110 ºC.

"A vida útil que queremos é de cerca de 30 anos, mas você não pode levar 30 anos para testar seu dispositivo," disse Zhao. "Então, precisamos de alguma forma de prever esta vida dentro de um prazo razoável. É por isso que este envelhecimento acelerado é muito importante."

A equipe então extrapolou os dados combinados e previu o desempenho do dispositivo à temperatura ambiente ao longo de dezenas de milhares de horas de iluminação contínua. Os resultados mostraram que as novas células solares de perovskita deverão se manter acima dos 80% de eficiência máxima sob iluminação contínua por pelo menos cinco anos a uma temperatura média de 35 ºC.

Como não existe iluminação contínua sob o Sol, a equipe afirma que esses resultados de laboratório equivalem a uma operação normal de 30 anos.

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