Células solares de perovskita e alternativas

O que são células solares de perovskita?

As células solares de perovskita são baseadas em uma classe exclusiva de materiais que compartilham o nome da estrutura cristalina do material. Sua fórmula química confere à perovskita propriedades exclusivas de absorção de luz. A estrutura é simples e se presta a métodos de baixo custo para transformá-la em células solares funcionais. Em um laboratório, essas células alcançaram taxas de conversão de energia notáveis. De acordo com os cientistas, a estrutura de perovskita ajuda a absorver uma ampla gama de comprimentos de onda da luz solar. Isso, por sua vez, é um dos principais fatores para a captação de mais energia solar.

Essas células chamaram a atenção porque podem ser preparadas com o processamento de soluções. Isso significa que são necessárias máquinas menores e menos energia na produção. O processo de produção tem semelhanças no conceito com as técnicas de impressão usadas em outros setores. O processo pode ser feito para ser executado rapidamente em um ambiente controlado. A técnica faz uso de materiais baratos. Entretanto, em comparação com os painéis de silício, o método de perovskita ainda está amadurecendo. Há pesquisas em andamento para resolver questões como degradação ambiental e durabilidade a longo prazo.

Em comparação com as opções tradicionais, as células solares de perovskita têm um custo de fabricação muito menor. Mesmo em sua fase inicial, as eficiências obtidas são próximas às observadas nas células solares de silício. Isso despertou o interesse de muitos engenheiros e pesquisadores. Diversos estudos de caso demonstraram a viabilidade do uso de materiais de perovskita em conjunto com a tecnologia existente. Os testes de campo iniciais realizados em climas amenos se mostraram promissores.

Comparação com as células solares de silício

As células solares de silício têm sido, há muito tempo, a espinha dorsal da produção de energia solar. Elas têm um histórico de desempenho estável e confiabilidade de longo prazo. A seguir, algumas diferenças importantes:

- Eficiência: As células solares de perovskita, em condições ideais do ambiente de laboratório, igualam ou até superam as células solares de silício. Os cientistas relataram taxas de eficiência acima de 25% em determinados experimentos. Esses números são animadores para a próxima fase de desenvolvimento das células solares.

- Custos de fabricação: Em termos de custo, a vantagem aparente é mantida pelas células solares de perovskita. A capacidade de imprimir ou revestir essas células usando equipamentos simples sugere menores despesas de configuração e produção. Os painéis à base de silício têm altos requisitos de energia e instalações caras para sua produção.

- Estabilidade: Os painéis de silício estão no mercado há décadas. Seu desempenho de longo prazo foi demonstrado em uma ampla variedade de condições ambientais. Em contrapartida, as células solares de perovskita ainda são sensíveis à umidade e à iluminação prolongada. A sensibilidade ambiental muito maior reduz os usos atuais das células solares de perovskita em ambientes externos. O encapsulamento e as modificações químicas realizadas por vários pesquisadores estão em andamento como soluções para esses defeitos.

- Material e escalabilidade: O setor de silício foi aperfeiçoado ao longo dos anos com enormes cadeias de suprimentos. O silício é amplamente disponível e conhecido. Os materiais de perovskita, entretanto, ainda estão em fase de testes para produção em larga escala. São necessários mais avanços no controle de processos, na consistência da qualidade e no aprimoramento da durabilidade para aumentar a escala.

A promessa geral de alta eficiência, juntamente com os baixos custos das células solares de perovskita, torna essa tecnologia bastante interessante. Entretanto, a implementação prática deve corresponder à estabilidade e à robustez do material das soluções de silício. Os engenheiros aguardam ansiosamente o dia em que as células de perovskita possam ser usadas em todos os telhados e fazendas solares com confiança.

Comparação com células solares de filme fino

Outras alternativas são as células solares de película fina, que já foram utilizadas inúmeras vezes em diferentes aplicações. O mais importante é que elas são fáceis de instalar e têm aplicações flexíveis. Agora, vamos comparar as células solares de perovskita com elas:

- Materiais usados: Geralmente, as células solares de filme fino são feitas de telureto de cádmio ou seleneto de cobre, índio e gálio. Esses materiais devem ser manuseados de forma controlada. Em contraste, as células de perovskita usam precursores químicos muito simples e disponíveis comercialmente. Essa simplicidade pode se traduzir em custos de produção mais baixos quando produzidos em massa.

- Eficiência: Isso geralmente fica evidente em vários testes nos quais as células solares de filme fino tendem a apresentar eficiências mais baixas em comparação com as células solares de perovskita. Embora não capturem a luz do sol com a mesma eficiência que as perovskitas, seu desempenho permanece estável por longos períodos. Os engenheiros observaram que as células de perovskita podem, às vezes, ultrapassar as células de filme fino em eficiência de conversão de energia, especialmente em condições de laboratório. Isso pode ser uma indicação de que as perovskitas têm uma vantagem se os problemas relacionados à estabilidade forem atenuados.

- Fabricação: As técnicas de fabricação de células de filme fino estão estabelecidas. Elas se beneficiaram de muitos anos de aprimoramento e podem ser otimizadas para produção em larga escala. A fabricação de perovskita ainda está sendo refinada. O aumento de escala para níveis industriais continua sendo uma área ativa de pesquisa. A otimização do processo e o aprimoramento das técnicas de produção são necessários para torná-los competitivos em relação aos métodos de filme fino estabelecidos.

Embora a eficiência das células solares de película fina seja menor, sua robustez e seus métodos de produção maduros as tornam mais atraentes. Por outro lado, a célula de perovskita oferece uma visão tentadora de um futuro em que a alta eficiência e o baixo custo de produção andarão de mãos dadas. Agora, engenheiros e pesquisadores também estão discutindo qual tecnologia será apropriada para cada aplicação. Por exemplo, os dispositivos flexíveis podem exigir a tecnologia de filme fino, enquanto que, no futuro, os painéis de perovskita podem ser vantajosos para os telhados de casas particulares.

Células solares orgânicas: Uma comparação

As células solares orgânicas pertencem a outro campo de materiais de absorção de luz. Elas empregam polímeros orgânicos e pequenas moléculas na captura da luz solar. Alguns pontos as comparam com as células de perovskita:

- Eficiência: As células de perovskita são, em geral, mais eficientes do que as células solares orgânicas. Dados de laboratório mostram que os dispositivos de perovskita superam as células orgânicas na conversão rápida da luz solar em eletricidade. Mesmo quando o design criativo se mostra promissor para as células orgânicas, sua eficiência absoluta é limitada pelas propriedades intrínsecas do material.

- Estabilidade e vida útil: As células solares orgânicas geralmente têm vida útil mais curta. Seus materiais tendem a se degradar mais rapidamente com o tempo e a exposição à luz ultravioleta. As células de perovskita são mais promissoras nesse campo. Com melhores métodos de encapsulamento, as células de perovskita poderiam durar mais do que a maioria das células orgânicas. Os experimentos demonstraram que as células de perovskita bem protegidas podem manter o desempenho por períodos mais longos.

- Custo e fabricação: As células solares orgânicas e de perovskita podem ser processadas em solução. Em geral, as rotas de processamento de ambas são menos intensivas em termos de equipamentos em comparação com a fabricação de células de silício. No entanto, as células de perovskita têm uma vantagem nesse aspecto. Elas apresentam uma melhor relação entre eficiência e custo em muitos casos de teste. Os pesquisadores observaram que as células orgânicas geralmente requerem aditivos ou métodos complexos de camadas que aumentam os custos sem ganhos comparáveis no desempenho.

A flexibilidade das células solares orgânicas resultou em aplicações práticas para dispositivos portáteis e de baixa potência. No futuro, a tecnologia de perovskita poderá desempenhar um papel mais amplo no desenvolvimento da energia solar devido à sua maior eficiência e ao potencial de produção de baixo custo. Muitos estudos-piloto indicaram que as perovskitas poderão em breve se tornar competitivas para produtos eletrônicos de consumo, energia fotovoltaica integrada a edifícios e até mesmo geração de energia em larga escala, se as preocupações com a estabilidade forem resolvidas.

Conclusão

As células solares de silício oferecem durabilidade e tecnologia comprovada, as células de filme fino oferecem maturidade de fabricação e flexibilidade de design, as células orgânicas atendem a nichos de mercado com suas formas leves, enquanto as células solares de perovskita prometem alta eficiência a baixos custos de produção.

Perguntas frequentes

F: Qual é o benefício mais significativo do uso de células solares de perovskita?

P: Elas proporcionam alta eficiência, com baixos custos de fabricação em comparação com as células de silício convencionais.

F: Qual é o desafio atual das células de perovskita?

R: Elas são propensas à degradação ambiental, o que limita o uso a longo prazo em ambientes externos.

F: Como as células de perovskita se comparam às células solares orgânicas?

P: Elas geralmente apresentam maior eficiência e melhor estabilidade a longo prazo em comparação com as células orgânicas.