Perovskitas e células solares de perovskita: Uma visão geral comparativa

O que são perovskitas e células solares de perovskita?

As perovskitas são um grupo de minerais com uma estrutura cristalina especial. Elas não são raras quando produzidas em laboratório. Os cientistas usam esses materiais fabricados em laboratório para construir células solares. As células solares de perovskita resultantes transformam luz em eletricidade. Elas apresentam bom desempenho e podem ser fabricadas com baixo custo. A estrutura desses materiais ajuda a melhorar a absorção de luz e a transferência de carga. Muitos grupos de pesquisa usam células solares de perovskita como forma de melhorar a conversão de energia solar.

Essas células solares têm recebido muita atenção nos últimos anos. Elas têm alta absorção de luz e um processo de fabricação simples, e seu desempenho rivaliza com o de tecnologias mais antigas. Muitos engenheiros comparam essas células com as células solares de silício tradicionais. Essa discussão nos ajuda a entender como uma célula solar de perovskita pode contribuir para as necessidades energéticas futuras.

Estrutura e materiais para a célula solar de perovskita

Substrato

O substrato é a base da célula solar. Ele dá suporte físico e mantém as outras camadas no lugar. Os substratos comuns são vidro ou materiais plásticos flexíveis. Esses materiais proporcionam durabilidade e estabilidade. Em muitos casos, a escolha do substrato ajuda a reduzir o custo e a facilitar a instalação.

Camada condutora transparente

A próxima camada é a camada condutora transparente. Essa camada permite que a luz alcance as zonas ativas. Ela também conduz a eletricidade gerada na célula. Materiais como óxido de índioe estanho ou óxido de estanho dopado com flúor são usados aqui. Eles combinam a necessidade de transparência com uma boa condução elétrica.

Camada de transporte de elétrons

A camada de transporte de elétrons desempenha um papel fundamental na movimentação dos elétrons para fora da camada de perovskita. Materiais como o dióxido de titânio são escolhas comuns. Essa camada ajuda a evitar a recombinação de elétrons e buracos. Ao fazer isso, ela aumenta a eficiência geral da célula solar.

Camada de perovskita

A camada de perovskita é o coração do dispositivo. Ela contém os cristais de perovskita que absorvem a luz. Quando a luz atinge essa camada, ela cria pares de elétrons e buracos. Esse processo é essencial para a conversão da energia solar em energia elétrica. A camada de perovskita geralmente é formada por um processo de solução simples que é mais barato em comparação com outros métodos.

Camada de transporte de buracos

Após a camada de perovskita, a camada de transporte de furos entra em ação. Essa camada transporta cargas positivas para longe da perovskita. Ela usa materiais como o spiro-OMeTAD ou outros compostos orgânicos. A camada garante que as cargas positivas cheguem ao eletrodo de metal de forma eficiente. Esse processo reduz as perdas e melhora o desempenho da célula.

Eletrodo de metal

A camada final é o eletrodo de metal. Essa camada coleta as cargas que percorreram as camadas. Boas opções para o eletrodo de metal incluem prata ou ouro. O eletrodo de metal completa o circuito elétrico da célula solar. Sua função é essencial para a extração e coleta da eletricidade gerada.

Como funciona a célula solar de perovskita?

Absorção de luz

O processo de trabalho começa com a absorção de luz. Quando o sol incide sobre a camada de perovskita, o material absorve a luz. Os cristais de perovskita têm um alto coeficiente de absorção. A luz absorvida cria pares de elétrons e buracos. Essa é a primeira etapa da conversão da energia solar em eletricidade.

Separação de carga

Depois que a luz é absorvida, ocorre a etapa de separação de carga. A camada de transporte de elétrons puxa os elétrons para fora da camada de perovskita. Enquanto isso, a camada de transporte de buracos retira as cargas positivas. Essa separação evita que as cargas se recombinem muito cedo. É criado um caminho claro para cada tipo de carga.

Coleta de carga

A etapa final é a coleta de cargas. As cargas separadas atingem o eletrodo de metal e a camada condutora. Elas formam uma corrente elétrica. Essa corrente pode então ser usada para aplicações práticas. Cada camada da célula solar trabalha em conjunto para alcançar esse resultado. O processo é simples, mas eficaz.

Perovskita versus outras tecnologias de células solares

Células solares de silício

As células solares de silício têm sido o padrão ouro por muitos anos. Elas funcionam bem e oferecem estabilidade a longo prazo. Entretanto, uma célula solar de silício requer muita energia para ser produzida. As células solares de perovskita usam menos energia na produção. Elas podem ser fabricadas por meio de métodos mais simples. Essa diferença as torna uma alternativa atraente.

Células solares de filme fino

As células solares de filme fino incluem materiais como telureto de cádmio e seleneto de cobre, índio e gálio. Essas células são leves e mais flexíveis do que as células de silício. As células solares de perovskita compartilham alguns desses benefícios. Elas também são flexíveis em seu design e podem ser produzidas em sistemas rolo a rolo. Em alguns testes, as células solares de perovskita mostraram maior eficiência em um curto período. Isso chamou a atenção de muitos engenheiros.

Fotovoltaicos orgânicos

A energia fotovoltaica orgânica usa materiais à base de carbono para converter luz em eletricidade. Eles têm a vantagem de serem baratos e flexíveis. No entanto, geralmente apresentam eficiência mais baixa e menor longevidade. As células solares de perovskita oferecem um meio-termo. Elas combinam a facilidade de processamento observada na energia fotovoltaica orgânica com uma eficiência maior. Isso as torna adequadas para várias configurações, incluindo a fotovoltaica integrada em edifícios.

Conclusão

As perovskitas e as células solares de perovskita mudaram a forma como vemos a energia solar. Sua estrutura simples e seus processos econômicos atraem muitos pesquisadores e grupos do setor. Embora desafios como estabilidade e longevidade permaneçam, os benefícios do menor custo de produção e da alta eficiência são promissores. Essa visão geral mostra que as células solares de perovskita ocupam um lugar de destaque entre outras tecnologias de células solares. À medida que a pesquisa continua, essas células podem se tornar uma visão comum em nosso cenário energético.

Perguntas frequentes

F: As células solares de perovskita são estáveis ao longo do tempo?
P: A estabilidade está melhorando. Muitos laboratórios trabalham em revestimentos e encapsulamento para proteger o material.

F: Qual é o principal componente de uma célula solar de perovskita?
P: A camada de perovskita é essencial, pois é responsável pela absorção de luz e criação de carga.

F: Como as células solares de perovskita se comparam às células solares de silício?
P: Elas são mais simples e mais baratas de produzir, mas as células de silício ainda são líderes em estabilidade de longo prazo.