Energia

Pesquisadores brasileiros criam célula solar de filmes finos

Júlia Lins/UFBA - 07/02/2012

Camada de filme fino de CIS sobre um substrato de SnO2, em imagem gerada por microscopia eletrônica de varredura.
[Imagem: UFBA]

Célula solar CIS

Pesquisadores do Instituto de Física da Universidade Federal da Bahia (Ufba) desenvolveram a primeira célula solar de filmes finos de CIS (cobre, índio e selênio) do Brasil.

Com o objetivo de popularizar o uso da energia solar, nos últimos meses, os professores Marcus Vinícius da Silva, Denis David e Zenis da Rocha, junto com o coordenador do Laboratório de Propriedades Ópticas (LaPO), Antônio Ferreira da Silva, têm trabalhado para melhorar essa tecnologia e fechar um dispositivo final.

A célula solar de filme fino desenvolvida pelos pesquisadores é uma lâmina de vidro que mede 17×10 milímetros, coberta com uma liga composta por cobre, índio e selênio, chamada também de disseleneto de cobre e índio (CIS), depositada por uma técnica chamada eletrodeposição.

Segundo Denis David, coordenador do projeto, a principal vantagem dos filmes finos de CIS em relação a outros tipos de painéis, é o reduzido custo de produção - filmes finos são películas de um material extremamente delgadas.

De acordo com David, os painéis solares mais comumente utilizados são fabricados com o silício ultrapuro, o que encarece bastante essa tecnologia, que, além de ter um processo de fabricação mais complexo, necessita de uma espessura em torno de 300 micrômetros, ou 0,3 milímetro.

"Uma das tecnologias promissoras para baixar o custo de produção desses dispositivos seria a de filmes finos, e uma das opções é o CIS que, junto com o telureto de cádmio (CdTe), é um dos mais promissores em termos de potencial de conversão de energia solar em energia elétrica, bem como potencial de custo mais baixo", conta Marcus Vinicius da Silva, outro pesquisador do grupo.

A tecnologia do filme fino permite reduzir bastante a quantidade de material necessário. Selecionando uma técnica de deposição adequada, é possível reduzir bastante o preço da célula solar, viabilizando o desenvolvimento de sistemas fotovoltaicos em larga escala. Os filmes depositados têm uma espessura que pode variar de 0,5 a 3 micrômetros (0,05 a 0,3 milímetros).

Energia para áreas remotas

Uma das aplicações dessa tecnologia seria sua utilização em regiões com grande potencial solar mas pequeno poder aquisitivo, como é o caso do semi-árido, na Nordeste brasileiro.

Em lugares isolados, onde a rede elétrica ainda não chegou, os painéis solares, associados a baterias, podem suprir a necessidade de energia para o funcionamento de alguns equipamentos em uma residência ou até de uma indústria, como lâmpadas, geladeira e rádio.

"Ela é uma tecnologia nova em relação às demais já existentes. Essa forma de energia pode ser utilizada de diversas maneiras, em casas e indústrias, por exemplo. Você vai poder substituir outras fontes de energia, em alguns casos, mas não completamente. Para se utilizar isso em larga escala, ainda temos que fazer mais pesquisas, idealizar os materiais mais eficientes e ver como armazenar isso melhor. São tipos de energias novas que ainda estamos estudando", explica Antônio Ferreira.

Denis David conta que, onde há rede elétrica, a perspectiva é de conectar conjuntos de painéis solares, instalados nos telhados de casas, de prédios industriais, ou ainda em áreas, dedicados para suprir energia elétrica durante o dia. "Assim, qualquer cidadão poderá participar da geração de energia, reduzir sua conta de luz e até mesmo lucrar com essa produção, como já se faz em países como a Alemanha, França e Espanha".

Mineração

O Brasil possui reservas de cobre e do selênio. O índio, na verdade, é um subproduto de algumas minerações, como o do zinco, e também encontrado em minas de ferro, chumbo e cobre. Dentre esses materiais, ele é um pouco mais raro e, consequentemente, mais caro. Existem outras linhas de pesquisa que utilizam outros materiais, como o gálio, que é menos raro que o índio, e que pode funcionar também como alternativa ao índio, chamado de CIGS (seleneto de cobre-índio-gálio).

"Se a gente observar a estatística do índio em particular, o que se utilizaria para fabricar painéis solares seria apenas 2% do potencial do que existe no Brasil. Mas, existe ainda a possibilidade de substituir alguns materiais por outros, tanto para melhorar a eficiência, quanto para se ter alternativas, e não termos problemas como no caso do silício, de ser muito caro", admite Marcus Vinícius.

O pesquisador conta ainda que, em grande parte da Europa, países como Alemanha e Suécia, têm uma grande exploração desses painéis, os de CIS em menos quantidade que os de silício, mas que vêm aumentando no mercado. "Hoje, no mundo, a utilização de painéis solares de CIS representa cerca de 2 a 3% de utilização. É uma tecnologia recente em relação à do silício, então a gente ainda tem um mercado pequeno para ele, mas que está crescendo".

Contatos com empresas

Representantes de uma empresa norte-americana, chamada Solarmer, estiveram no laboratório do instituto para conversar com os pesquisadores, com interesse em montar uma fábrica de painéis solares fotovoltaicos. Segundo Marcus Vinícius, eles estão estudando as várias tecnologias e possibilidades que existem disponíveis tanto na Bahia, como em outros lugares que também trabalham com energia solar.

O coordenador do laboratório conta que a empresa entrou em contato para discutir como implantar essa empresa na Bahia e desenvolver essa tecnologia em grande escala. "Para fazer isso, é preciso capital, inclusive para melhorar essa tecnologia. Se não tiver pesquisa para tornar ela cada vez mais eficiente, isso morre no futuro," ressalta Ferreira.

Para realização da pesquisa, foram feitas parecerias com alguns laboratórios colaboradores. A caracterização do material do dispositivo foi realizada no Instituto de Física, no prédio de Física Nuclear e no Instituto de Química da Ufba. E no Centro de Tecnologias Estratégicas do Nordeste (Cetene), em Recife (PE), foram feitas análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de composição do material.