Sempre que digo às pessoas que trabalho com células solares, são feitas as mesmas duas perguntas: elas serão realmente baratas? E você pode me pegar um pouco? Enquanto a resposta para a segunda questão é não, a resposta para a primeira é muito mais positiva. Ano após ano, os painéis solares estão despencando de preço e melhorando a eficiência com a qual podem converter luz em energia.
Ao mesmo tempo, os custos com combustíveis fósseis continuam a subir e, nos próximos anos, chegaremos ao ponto em que os custos se sobrepõem - algumas figuras sugerem isso pode já ter acontecido. A questão não é se a energia solar pode suplantar os combustíveis fósseis como o meio mais barato de produzir energia, mas sim quando.
Enquanto isso tem proporcionado um enorme impulso para a indústria solar, a principal emoção no setor solar hoje é devido a um novo tipo de material chamado perovskita. Combinando algumas das melhores qualidades de materiais mais mainstream, provou ser incrivelmente flexível - ao ponto de os pesquisadores da Universidade de Sheffield terem fabricado células solares de perovskita como um líquido em spray. Então, o que é perovskita e qual é o burburinho em torno disso?
As células solares, o componente dos painéis solares que reagem à luz, são construídas a partir do que é conhecido como materiais fotovoltaicos. Quando a luz atinge esses materiais, os elétrons são liberados para se mover através do material. Com o planejamento cuidadoso da estrutura dessas células solares, esses elétrons podem ser coletados em um fluxo de corrente elétrica. Este é o processo que fornece a propriedade mágica de painéis solares - entrada de luz solar e eletricidade.
Dentro de um painel solar
De um modo geral, as células solares podem ser divididas em dois grupos distintos - aqueles baseados em materiais fotovoltaicos inorgânicos, como silício ou telureto de cádmioe aqueles baseados em compostos orgânicos específicos, como PCDTBT. Ambos têm suas próprias vantagens e desvantagens.
Os materiais inorgânicos já estão industrialmente bem estabelecidos, capazes de converter luz em eletricidade com eficiência superior a 20% e criar painéis solares com vida útil superior a 25 anos. A desvantagem é que as matérias-primas necessárias, particularmente com silício, podem ser caras.
As células solares orgânicas são baseadas em materiais potencialmente de baixo custo e podem até ser fabricadas a partir de uma solução líquida, o que as torna muito rápidas e baratas de produzir. No entanto, mesmo em escala laboratorial, as células solares orgânicas lutam para alcançar eficiências acima de 10%. Ainda mais crucial, os compostos orgânicos decompõem-se gradualmente sob a luz, muitas vezes reduzindo a vida útil do painel para a ordem de meses ou semanas, em vez de anos. Consequentemente, esses materiais orgânicos raramente foram usados para produzir painéis solares, já que ninguém gosta da ideia de ter que subir no telhado para substituí-los a cada seis meses. Idealmente, queremos uma célula solar com desempenho e estabilidade a longo prazo de materiais inorgânicos com o custo ultrabaixo de materiais orgânicos.
Digite Perovskita
Nos últimos anos, a pesquisa sobre energia solar testemunhou o surgimento de uma notável nova classe de materiais conhecida como perovskitas. Este é um material híbrido orgânico-inorgânico, essencialmente um composto orgânico com um elemento inorgânico ligado. Perovskite refere-se ao tipo específico de estrutura cristalina, que ocorre naturalmente em certos minerais. Esses compostos híbridos têm essa estrutura cristalina, mas também são uma combinação complexa de amônia orgânica e grupos metila com iodeto de chumbo inorgânico ou moléculas de cloreto de chumbo ligadas.
A razão para a excitação em torno destes materiais é a taxa francamente desconcertante em que eles desenvolveram. Anteriormente, sempre que um novo material foi descoberto que tinha tomado alguns anos 10-20 de pesquisas para chegar a uma taxa de eficiência de até 10%. células solares perovskita única surgiu em 2012, mas já cronometrou-se conversões de mais de 19% de eficiência. Esta taxa de desenvolvimento alucinante é sem precedentes na pesquisa solar.
Como material híbrido, além de apresentar boas eficiências como os materiais inorgânicos, as perovskitas também podem aproveitar a capacidade dos materiais solares orgânicos para serem aplicados como uma solução líquida. Isso é o que o grupo do professor David Lidzey, da Universidade de Sheffield, aproveitou, pulverizando a perovskita como um revestimento líquido sobre um material de substrato. Isso permite que as células solares sejam fabricadas em grandes volumes e baixo custo.
O futuro das perovskitas
Isso significa que todas as células solares futuras serão baseadas em perovskitas? É muito cedo para dizer. Embora eles têm muitos benefícios ainda há uma série de desafios importantes a serem vencidos.
Existem algumas questões sobre o impacto ambiental potencial do conteúdo de chumbo do material (embora o trabalho esteja em andamento para remover a necessidade de chumbo) e com que facilidade a produção pode ser ampliada para um tamanho comercial útil. Tal como acontece com as células solares orgânicas, a sua estabilidade a longo prazo é também altamente questionável e são particularmente sensíveis à humidade - algumas gotas de água podem destruir completamente o material.
Então construir um módulo de painel solar perovskita capaz de sobreviver por décadas ao ar livre provavelmente ainda está longe - na verdade, não há garantia de que seja possível. Mas o que é certo é que o potencial das células solares da perovskita é impressionante, e se a promessa do material pode ser realizada, pode revolucionar completamente as capacidades da energia solar.
A Jon Major é afiliada ao consórcio nacional de pesquisa supersolar da SUPERGEN.
Este artigo foi originalmente publicado em A Conversação.
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Sobre o autor
John Major é um bolseiro de investigação na Universidade de Liverpool.His interesses de pesquisa incluem película fina, energia fotovoltaica, semicondutores e condutores transparentes
