Melhor Juntos Perovskitas Aumentam a Eficiência da Célula Solar de Silício

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Melhor Juntos: Perovskitas Aumentam a Eficiência da Célula
Solar de Silício
Durante décadas, as células fotovoltaicas tradicionais baseadas em silício têm sido o padrão da indústria
para converter a luz solar em eletricidade – mas como material absorvente de fótons, o silício não é
realmente tão eficiente. Em média, os painéis solares feitos com silício cristalino convertem entre 18% e
22% da energia do Sol em eletricidade utilizável, com um limite teórico ascendente de 33%. Apesar
dessa limitação, as células fotovoltaicas de silício cristalino são responsáveis por 95% do mercado de
células solares.
Ao colocar camadas de células de silício tradicionais com um mineral chamado perovskita, no entanto,
os cientistas de materiais estão projetando células solares em tandem mais eficientes que aumentam
significativamente a eficiência, sem descarrilar as vias de fabricação de células de silício bem
estabelecidas.
“As células solares da Tandem têm uma eficiência de conversão de energia significativamente maior do
que as células solares de última geração de hoje. Assim, as células em tandem podem contribuir para
reduzir o custo da energia solar, em particular nos sistemas solares no telhado, onde a alta eficiência é
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de importância central”, escreveu recentemente Dirk Weiss, cientista de materiais da First Solar.Joule “É
necessária uma nova geração de células em tandem de baixo custo para permitir a implementação
generalizada. As células superiores de perovskita híbridas combinadas com células de fundo de silício
são atualmente a candidata em tandem de baixo custo mais popular em desenvolvimento.
Em uma nova perspectiva, publicada na Applied Physics Letters, uma equipe liderada por Laura Miranda
Pérez, chefe de pesquisa de materiais da Oxford PV no Reino Unido, e Chris Case, diretor de tecnologia
da Oxford PV, apresenta um caso para comercializar células solares em tandem, combinando a
tecnologia existente de células de silício com variantes sintéticas da perovskita.
O mineral perovskita, também conhecido como titanato de cálcio, foi descoberto nos Montes Urais em
1839, mas a perovskita usada em células solares é sintetizada em um laboratório a partir de
componentes prontamente disponíveis. Estes materiais solares de perovskita podem ser aplicados em
camadas muito finas, tornando-os um material ideal para adicionar aos processos de fabricação de
células de silício existentes.
“Perovskitas podem melhorar e avançar as tecnologias de silício sem
interromper a fabricação.”
“As perovskitas são o parceiro perfeito para um sistema em tandem com silício”, disse Miranda Pérez.
Ao adicionar perovskita, que captura de forma mais eficiente a região azul do espectro solar, ao silício,
que tem como alvo a região vermelha, a energia fotovoltaica de Oxford estabeleceu uma eficiência
recorde de células solares de mais de 29,5%. Com o desenvolvimento adicional, a eficiência pode
chegar a 39%, disse Miranda Pérez. Outras equipes de pesquisa demonstraram que as células
fotovoltaicas feitas apenas com perovskita e sem silício também são viáveis, mas essas células solares
não podem exceder a eficácia prática de qualquer célula solar única, que é de cerca de 26%. A
abordagem multijunção ou tandem da Oxford PV é a melhor maneira de quebrar a barreira de eficiência
prática de 26%, disse Miranda Pérez.
“De todas as tecnologias alternativas de células solares, as células em tandem de silício / perovskita
estão provando ser as mais promissoras porque oferecem um grau de capacidade que você não tem
com muitas das tecnologias concorrentes”, disse Joseph Berry, pesquisador sênior do Laboratório
Nacional de Energia Renovável em Golden, Colorado, que não esteve envolvido no novo estudo. “Essa
nova perspectiva faz um ótimo trabalho ao mostrar como as perovskitas podem melhorar e promover as
tecnologias de silício sem interromper a fabricação.”
Escalando de forma sustentável
Oxford PV, uma empresa co-fundada em 2010 pelo físico Henry Snaith, da Universidade de Oxford, se
concentrou no desenvolvimento de células em tandem de perovskita sobre silício desde 2014.
Inicialmente, garantir a estabilidade a longo prazo da perovskita era o principal desafio, mas as células
em tandem atuais de perovskita sobre silício passaram nos principais testes de estresse acelerado para
células solares, conhecidos como IEC 61215, estabelecidos pela Comissão Eletrotécnica Internacional.
Espera-se que as células em tandem atendam ou excedam a expectativa da indústria de 25 anos ou
mais de durabilidade no campo.
https://scholar.google.com/citations?user=Lxzoj18AAAAJ&hl=en
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(21)00393-7
https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0054086
https://scholar.google.es/citations?user=_au3jOYAAAAJ&hl=es
https://www.oxfordpv.com/chriscase
https://www.nrel.gov/research/staff/joseph-berry.html
https://www.oxfordpv.com/henrysnaith
https://www.nrel.gov/docs/fy12osti/54714.pdf
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O próximo passo da equipe é aumentar a produção na fábrica da Oxford PV em Brandemburgo, na
Alemanha, que abriga a primeira linha de produção de perovskita sobre silicita do mundo, com
capacidade de 100 megawatts. “A linha de construção foi concluída e levaremos células em tandem para
o mercado no próximo ano”, disse Miranda Pérez.
Inicialmente, as células solares da empresa serão disponibilizadas para telhados residenciais, onde o
espaço é premium. Com capacidade de produção adicional, a Oxford PV colocou os olhos nos telhados
comerciais e aplicações em escala de utilidade. “Como empresa, estamos muito preocupados com a
crise climática, e a melhor maneira de desempenharmos nossa parte é implantar essa tecnologia o mais
rápido possível”, disse Miranda Pérez.
Como os países se comprometem a reduzir as emissões para atingir as metas climáticas da ONU até
2050, a energia solar deverá se tornar mais difundida. “Acho que as tecnologias em tandem serão
necessárias para atingir as futuras metas solares e climáticas”, disse Berry.
“Queremos ajudar as pessoas a entender o enorme potencial da tecnologia em tandem de perovskita
sobre o silício para aumentar a eficiência das instalações solares e ajudar o mundo a alcançar o objetivo
de fornecer energia sustentável para todos”, disse Miranda Pérez.
—Mary Caperton Morton (theblondecoyote), Escritora de Ciência
Citação:
Morton, M. (em inglês). C. (em inglês). 2021), Melhor em conjunto: as perovskitas aumentam a eficiência
das células solares de silício, Eos, 102, https://doi.org/10.1029/2021EO163469. Publicado em 23 de
setembro de 2021.
Texto em 2021. Os autores. CC BY-NC-ND 3.0 (em versão 3.0) 
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https://eos.org/articles/ipcc-chair-discusses-limiting-global-warming-to-1-5c
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https://doi.org/10.1029/2021EO163469
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/