Células solares impressas como jornal

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Todo o processo é baseado em "tintas solares", que podem ser aplicadas por impressão comum. [Imagem: Hairen Tan et al. - 10.1126/science.aai9081]

Células solares impressas

Pesquisadores canadenses criaram uma técnica que permite fabricar células solares flexíveis por impressão, em um processo produtivo tão simples e barato quanto imprimir um jornal.

A equipe eliminou um obstáculo crítico de fabricação de uma classe emergente de geradores solares chamados células solares de perovskita, que recentemente mostraram ter eficiência para competir com as células de silício.

Esta tecnologia solar alternativa promete painéis solares de baixo custo, impressos na forma de folhas flexíveis, que permitirão transformar quase qualquer superfície em um gerador solar.

Camada Seletiva de Elétrons

Ao contrário das células solares de silício, que exigem um material ultrapuro, temperaturas superiores a 1.000º C e grandes quantidades de solventes, as células solares de perovskita consistem em uma camada de pequenos cristais sensíveis à luz de baixo custo. Como esses cristais podem ser misturados em um líquido para formar uma espécie de "tinta solar", eles podem ser impressos em vidro, plástico ou outros materiais usando um processo de impressão do tipo jato de tinta.

Mas havia um problema: para gerar eletricidade, os elétrons excitados pela energia solar precisam ser extraídos dos cristais para que possam fluir através de um circuito e produzir a corrente. Essa extração ocorre em uma camada especial chamada "Camada Seletiva de Elétrons", cuja fabricação exigia temperaturas elevadas, por volta dos 500 graus, o que vinha impedindo o desenvolvimento de processos fabris práticos.

Eficiência das células solares de perovskita

Hairen Tan e seus colegas da Universidade de Toronto desenvolveram agora uma nova reação química que permite fabricar uma camada seletiva de elétrons a partir de nanopartículas em solução, diretamente sobre a camada de cristais de perovskita. Embora ainda seja necessário algum calor, o processo fica sempre abaixo dos 150º C, inferior ao ponto de fusão de muitos plásticos.

As nanopartículas são revestidas com uma camada de átomos de cloro, o que as ajuda a se ligar à camada de perovskita acima. Esta forte ligação permite a extração eficiente de elétrons - a eficiência das células solares produzidas em laboratório pela equipe alcançou 20,1%.

Para comparação, as células solares de perovskita feitas com o método mais antigo de alta temperatura são apenas marginalmente melhores, chegando a 22,1%. As melhores células solares de silício atingem 26,3% de eficiência.

Outra vantagem foi um ganho significativo de estabilidade. As células solares de perovskita são instáveis, mostrando uma queda acentuada no desempenho após apenas algumas horas. As células fabricadas por Tan retiveram mais de 90% de sua eficiência após 500 horas de uso, insuficientes ainda para um produto comercial, mas mostrando que há muito espaço para viabilizar essa tecnologia de energia solar de baixo custo.

As novas células solares de perovskita alcançaram uma eficiência de 20,1% e podem ser fabricadas a baixas temperaturas. [Imagem: Kevin Soobrian]

Bibliografia:

Efficient and stable solution-processed planar perovskite solar cells via contact passivation
Hairen Tan, Ankit Jain, Oleksandr Voznyy, Xinzheng Lan, F. Pelayo García de Arquer, James Z. Fan, Rafael Quintero-Bermudez, Mingjian Yuan, Bo Zhang, Yicheng Zhao, Fengjia Fan, Peicheng Li, Li Na Quan, Yongbiao Zhao, Zheng-Hong Lu, Zhenyu Yang, Sjoerd Hoogland, Edward H. Sargent
Science
Vol.: 355, Issue 6326, pp. 722-726
DOI: 10.1126/science.aai9081