Doping células solares para melhorar o desempenho

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Doping células solares para melhorar o desempenho
Os pesquisadores estão investigando maneiras de aumentar a eficiência e a estabilidade das células
solares, o que poderia melhorar seu uso comercial como fonte de energia alternativa.
Crédito da imagem: Nuno Marques on Unsplash
As células solares, também conhecidas como células fotovoltaicas, convertem a luz em eletricidade e
são um importante método de captura de energia renovável.
As primeiras células solares eram muito caras, mas como a tecnologia progrediu, o custo médio por watt
de eletricidade caiu de US $ 96 (ajustando-se à inflação) na década de 1970 para menos de um dólar
hoje. Os cientistas continuam a pesquisar métodos e materiais para fazer maior eficiência e menor custo
solar.
Um tipo de célula solar que surgiu recentemente é feito de perovskita – um mineral cristalino. As células
solares de perovskita são relativamente baratas de fabricar e, ao longo da última década, sua eficiência
(conhecida como eficiência de conversão de energia) aumentou de uma média de 3,8% para 25,5%.
Embora este número ainda possa soar baixo, é comparável ao das células solares de silício cristalino,
que são os tipos mais comuns de células solares em uso. No entanto, a comercialização de células
solares de perovskita é limitada porque se degradam muito rapidamente.
Professor Wallace C. (em inglês). H. A. Choy, da Universidade de Hong Kong, diz que “a eficiência de
conversão de energia das células solares de perovskita é bastante alta, o que é comparável às células
solares de silício monocristal. No entanto, a estabilidade operacional a longo prazo ainda precisa ser
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melhorada. A vida mais longa para as células solares de perovskita é de vários milhares de horas, o que
ainda está longe de ser o ciclo de vida de 20 anos para comercialização.
Choy e seus colegas estão, portanto, pesquisando maneiras de aumentar a estabilidade das células
solares de perovskita, incluindo aditivos, por exemplo, íons metálicos ou outros compostos químicos, em
um processo conhecido como doping.
Em seu trabalho recentemente relatado, os pesquisadores incorporaram um composto químico chamado
2-(dimetylamino) metacrilato de etila (DMAEMA para abreviar) na estrutura da perovskita. O DMAEMA é
frequentemente adicionado aos polímeros para alterar suas propriedades químicas e físicas, como a
solubilidade em água, e é usado em materiais como tintas, adesivos, resinas e até spray de cabelo.
Eles descobriram que a adição de DMAEMA reduz defeitos nas células solares de perovskita, o que
melhora a estabilidade e, portanto, a longevidade da célula. As células aprimoradas com DMAEMA
também apresentam maior eficiência.
“Enquanto algumas das origens da estabilidade insatisfatória [de células solares de perovskita] são
defeitos e propriedades cristalinas imperfeitas do filme de perovskita policristalina, introduzimos um novo
monômero de DMAEMA aos filmes de perovskita”, disse Choy. “Tanto a cristalinidade quanto a
uniformidade de composição do filme são melhoradas. Consequentemente, a fase cinematográfica de
perovskita é muito mais estável devido à segregação de fase suprimida e uma alta eficiência de
conversão de energia é alcançada.
Os pesquisadores foram capazes de adicionar DMAEMA à perovskita usando um método fácil, de uma
etapa, o que mantém os custos de fabricação baixos. Espera-se que este método ajude a melhorar o
custo e a eficiência das células solares, o que, por sua vez, apoiará as pessoas a usar células solares
como fonte de energia viável. Além das células solares, este método pode ser usado na criação de
outros dispositivos optoeletrônicos (emitidores de luz ou detecção de luz).
A equipe de Choy continua pesquisando células solares, especialmente células solares de perovskita
invertidas, e acredita que a estabilidade e a eficiência das células solares devem continuar a melhorar
para que elas se tornem comercialmente viáveis. “O objetivo é fornecer métodos de fabricação fáceis
para dispositivos de alto desempenho e estáveis.”
Referência: W. C. (em inglês). H. A. Choy et al., Autopolimerização de Monômeros e Interações
Induzidas com Perovskita para Células Solares de Perovskita Altamente Executadas e Estúrbulos,
Materiais Funcionais Avançados (2021). DOI: doi.org/10.1002/adfm.202105290
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http://doi.org/10.1002/adfm.202105290
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