A canalização de íons em caminhos definidos em materiais de perovskita aumenta a estabilidade e o desempenho operacional das células solares, de acordo com os cientistas. A descoberta prepara o terreno para uma nova geração de tecnologias de células solares mais leves, flexíveis e eficientes.
Os materiais de perovskita, identificados por sua estrutura cristalina, absorvem mais luz do que o silício. Isso sugere que as células solares de perovskita podem ser mais finas e mais leves que as tradicionais usadas para energia renovável, principalmente no Brasil.
“Isso abre as portas para uma série de novas tecnologias, como células solares leves e flexíveis ou células solares em camadas (conhecidas como tandems) que podem ser muito mais eficientes do que a tecnologia de coleta solar usada hoje nas chamadas fazendas solares. Há interesse em integrar materiais de perovskita em tecnologias de células solares de silício, o que melhoraria sua eficiência de 25% para 40%, além de fazer uso da infraestrutura existente.”, afirma Aram Amassian, autor correspondente do estudo e professor, ciência e engenharia de materiais, North Carolina State University
No entanto, trabalhar com este tipo de material não é uma tarefa simples, porque a estabilidade operacional de longo prazo em células solares de perovskita ainda não foi alcançada. Elas são materiais iônicos, o que significa que, quando uma tensão é aplicada a eles, os íons se movem. Acredita-se que esses íons de realocação contribuam para mudanças químicas e estruturais no material, tornando-o ineficiente e instável, este problema deve ser solucionado para que possam ser utilizadas pela indústria.
Nesse caso, o conduíte seguro é chamado de contorno de grão. Os materiais de perovskita têm múltiplas estruturas cristalinas. Quando uma perovskita é “crescida”, forma-se como uma série de cristais – ou “grãos” – alinhados uns com os outros. Esses grãos se encarregam de absorver a luz e produzir as cargas que provocam uma corrente elétrica. Cada um desses grãos tem a mesma estrutura cristalina, mas são orientados de forma ligeiramente diferente. Um contorno de grão é uma área onde dois se juntam.
Com a necessidade de transição energética fazendo parte da realidade de muitos países, estudos ao redor do mundo são elaborados para aumentar a eficácia dos painéis solares e os tornar mais flexíveis, sem depender apenas de uma matéria-prima. Um exemplo são os painéis solares transparentes que podem ser usados em janelas de apartamento. Algas do mar também podem ser usadas para a produção de energia renovável.
Técnicas para deixar o painel solar com componente cristalino mais estável estão sendo elaboradas por cientistas
Masoud Ghasemi acrescenta que “Projetar limites de grãos mais fortes que protegem os grãos é essencial para bloquear a migração de íons e outras espécies nocivas, como o oxigênio, de entrar nos grãos, mitigando alterações químicas e estruturais problemáticas no material”.
“Este é um insight importante porque existem técnicas estabelecidas que podemos usar para projetar materiais de perovskita e seus contornos de grão; agora podemos fazer uso dessas abordagens para proteger os grãos. Demonstramos como essas técnicas fortalecem os contornos de grão neste artigo. Em suma, agora sabemos o que precisa ser feito para produzir minerais mais estáveis”.
“Este trabalho avança nossa compreensão fundamental de como os íons se movem com qualquer material cristalino que possa carregar carga, não apenas perovskitas de haleto. Estamos ansiosos para conversar com colegas que trabalham com armazenamento de energia sobre como isso pode informar a engenharia de condutores de íons mais rápidos”, conclui Amassian.
O que é perovskita?
Trata-se de um tipo de material cristalino com uma estrutura de célula unitária cúbica, cuja fórmula química geral é ABX3. O nome é inspirado em um mineral, descoberto na Rússia em 1839. São interessantes para a indústria porque têm propriedades elétricas e ópticas únicas, além de serem relativamente baratas e fáceis de sintetizar.
Têm sido amplamente estudadas para aplicações em células solares, LED’s, sensores e dispositivos de armazenamento de energia. Em particular, as células solares de perovskita mostram uma eficiência energética promissora, superando as células solares de silício, as tradicionais e amplamente utilizadas para painéis solares. Além disso, as perovskitas têm potencial para serem utilizadas em processos de conversão de energia, como a fotocatálise.
Fontes: O estudo foi realizado com financiamento do US Office of Naval Research, sob o número de concessão N00014-20-1-2573; a National Science Foundation, sob o número de concessão CHE-1848278; e o Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável do Departamento de Energia dos EUA sob o número de concessão DE-EE0009364.
