doi.org/10.1126/science.abq6993
Credibilidade: 999
#Células Solares
Novo método da Rice University para sintetizar células solares de perovskita estáveis “”e de alta qualidade promete revolucionar a tecnologia solar com painéis mais baratos e flexíveis
O novo método da Rice University para sintetizar células solares de perovskita estáveis “”e de alta qualidade promete revolucionar a tecnologia solar com painéis mais baratos e flexíveis.
A energia solar é uma das tecnologias de energia mais transformadoras do nosso tempo. Não é apenas a tecnologia de energia de crescimento mais rápido na história recente, mas também uma das fontes de energia mais baratas e a mais impactante em termos de redução de emissões de gases de efeito estufa.
Agora, pesquisadores da Rice University desenvolveram um método para sintetizar iodeto de chumbo formamidínio (FAPbI3) u23af o tipo de cristal atualmente usado para fazer as células solares de perovskita de mais alta eficiência u23af em filmes fotovoltaicos ultraestáveis “”e de alta qualidade. A eficiência geral das células solares FAPbI3 resultantes diminuiu em menos de 3% ao longo de mais de 1.000 horas de operação a temperaturas de 85 graus Celsius (185 Fahrenheit). Este método inovador foi descrito em um estudo apresentado na capa da Science.
Laboratório Rice desenvolve nova química para atingir estabilidade e desempenho comercialmente relevantes para células solares de perovskita. Crédito: Brandon Martin/Rice University
Atualmente, achamos que isso é o que há de mais moderno em termos de estabilidade,- disse o engenheiro da Rice, Aditya Mohite, cujo laboratório obteve melhorias progressivas na durabilidade e desempenho das perovskitas nos últimos anos. As células solares de perovskita têm o potencial de revolucionar a produção de energia, mas atingir estabilidade de longa duração tem sido um desafio significativo.-
Melhorando a estabilidade em células solares de perovskita
Com esta descoberta mais recente, Mohite e colaboradores atingiram um marco crítico para tornar a energia fotovoltaica de perovskita pronta para o mercado. A chave foi temperar – a solução precursora FAPbI3 com uma pitada de perovskitas bidimensionais (2D) especialmente projetadas. Elas serviram como um modelo que guiava o crescimento da perovskita em massa/3D, fornecendo compressão e estabilidade adicionais à estrutura da rede cristalina.
Os cristais de perovskita são quebrados de duas maneiras: quimicamente u23af destruindo as moléculas que compõem o cristal u23af e estruturalmente u23af reordenando as moléculas para formar um cristal diferente, – disse Isaac Metcalf, um estudante de pós-graduação em ciência de materiais e nanoengenharia da Rice e um dos principais autores do estudo. Dos vários cristais que usamos em células solares, os mais estáveis “”quimicamente também são os menos estáveis “”estruturalmente e vice-versa. FAPbI3 está na extremidade estruturalmente instável desse espectro.-
Melhorando a eficiência e a durabilidade
Embora mais estáveis “”do que o FAPbI3 tanto química quanto estruturalmente, as perovskitas 2D normalmente não são ótimas na coleta de luz, o que as torna uma escolha ruim de material para células solares. No entanto, os pesquisadores levantaram a hipótese de que as perovskitas 2D usadas como modelos para o crescimento de filmes FAPbI3 podem transmitir sua estabilidade a estas últimas. Para testar essa ideia, eles desenvolveram quatro tipos diferentes de perovskitas 2D, duas com uma estrutura de superfície quase indistinguível daquela do FAPbI3 e duas menos bem combinadas, e as usaram para fazer diferentes formulações de filmes FAPbI3.
A adição de cristais 2D bem combinados tornou mais fácil a formação de cristais FAPbI3, enquanto cristais 2D mal combinados na verdade dificultaram a formação, validando nossa hipótese, – disse Metcalf. Os filmes FAPbI3 modelados com cristais 2D apresentaram qualidade superior, mostraram menos desordem interna e exibiram uma resposta mais forte à iluminação, o que se traduziu em maior eficiência.
Os modelos de cristal 2D melhoraram não apenas a eficiência das células solares FAPbI3, mas também sua durabilidade. Enquanto as células solares sem cristais 2D se degradaram significativamente após dois dias de geração de eletricidade a partir da luz solar no ar, as células solares com modelos 2D não começaram a se degradar mesmo após 20 dias. Ao adicionar uma camada de encapsulamento às células solares com modelos 2D, a estabilidade foi melhorada ainda mais para escalas de tempo que se aproximam da relevância comercial.
Essas descobertas podem ter um impacto transformador nas tecnologias de coleta de luz, ou fotovoltaicas, reduzindo ainda mais os custos de fabricação e permitindo a construção de painéis solares com uma estrutura simplificada que são mais leves e mais flexíveis do que suas contrapartes baseadas em silício.
Potencial dos painéis solares de perovskita
As perovskitas são solúveis em solução, então você pode pegar uma tinta de um precursor de perovskita e espalhá-la em um pedaço de vidro, depois aquecê-la e você tem a camada absorvente para uma célula solar,- disse Metcalf. Como você não precisa de temperaturas muito altas u23af, os filmes de perovskita podem ser processados “”em temperaturas abaixo de 150 Celsius (302 Fahrenheit) u23af em teoria, isso também significa que os painéis solares de perovskita podem ser feitos em plástico ou mesmo substratos flexíveis, o que pode reduzir ainda mais os custos.-
Embora seja o semicondutor mais amplamente usado em células fotovoltaicas, o silício envolve processos de fabricação que exigem mais recursos do que os de alternativas emergentes. Entre elas, as perovskitas de haleto se destacam por suas eficiências crescentes, que passaram de 3,9% em 2009 para mais de 26% atualmente.
Deveria ser muito mais barato e consumir menos energia produzir painéis solares de perovskita de alta qualidade em comparação aos painéis de silício de alta qualidade, porque o processamento é muito mais fácil, disse Metcalf.
Olhando para um futuro sustentável
Precisamos urgentemente fazer a transição do nosso sistema global de energia para uma alternativa livre de emissões,- Metcalf acrescentou, apontando para as estimativas do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas das Nações Unidas que fazem um forte argumento para a energia solar como uma alternativa aos combustíveis fósseis.-
Mohite ressaltou que os avanços nas tecnologias e infraestrutura de energia solar são essenciais para atingir a meta de emissões de gases de efeito estufa para 2030 e evitar um aumento de 1,5 graus Celsius nas temperaturas globais, o que nos colocaria no caminho certo para atingir emissões líquidas de carbono zero até 2050.-
Se a eletricidade solar não acontecer, nenhum dos outros processos que dependem de elétrons verdes da rede, como processos termoquímicos ou eletroquímicos para fabricação química, acontecerão,- disse Mohite. A energia fotovoltaica é absolutamente essencial.-
Mohite é o professor William M. Rice Trustee da Rice, professor de engenharia química e biomolecular e diretor do corpo docente da Rice Engineering Initiative for Energy Transition and Sustainability. Além de Metcalf, Siraj Sidhik, um ex-aluno de doutorado da Rice, é um dos principais autores do estudo.
Gostaria de dar muito crédito a Siraj, que iniciou este projeto com base em uma ideia teórica do Professor Jacky Even na Universidade de Rennes,- disse Mohite. Gostaria também de agradecer aos nossos colaboradores nos laboratórios nacionais e em várias universidades nos EUA e no exterior cuja ajuda foi fundamental para este trabalho.-
Publicado em 26/08/2024 12h20
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