Pesquisadores da Universidade Soochow destacaram o potencial para avanços significativos na eficiência das células solares, com foco em células solares de perovskita de alta eficiência. A revisão deles descreve o estado atual da pesquisa e as direções futuras, enfatizando as vantagens das células solares de perovskita, como alta eficiência, baixo custo e flexibilidade.
Os painéis solares comerciais têm atualmente a capacidade de transformar aproximadamente 15% a 20% da luz solar que captam em energia elétrica. No entanto, especialistas da Universidade Soochow sugerem que há espaço significativo para melhorias. Eles destacam que a próxima geração de células solares alcançou uma eficiência de 26,1%, indicando potencial para taxas de eficiência ainda mais elevadas. No entanto, sublinham a necessidade de investigação mais direccionada, não só para normalizar este nível de eficiência, mas também para o exceder.
Eles publicaram recentemente sua revisão do estado atual da pesquisa sobre células solares de perovskita de alta eficiência e suas recomendações para trabalhos futuros em Materiais e Dispositivos Energéticosé.
“As células solares de perovskita de iodetos metálicos são um novo tipo de célula solar de alto desempenho”, disse o primeiro autor Fengren Cao, pesquisador da Escola de Ciência Física e Tecnologia da Universidade de Soochow. “Eles exibem excelentes propriedades fotoelétricas e têm potencial para alta eficiência e baixo custo, o que os torna um candidato promissor para futuras aplicações de energia solar.”
Vantagens das células solares de perovskita
A perovskita de iodetos metálicos nessas células solares é um material orgânico semelhante ao óxido de titânio e cálcio que opera como um semicondutor que absorve luz para capturar a luz solar incidental e convertê-la em energia.
“As células solares de perovskita oferecem alta eficiência, ultrapassando 26% em condições de laboratório; baixo custo, utilizando materiais relativamente baratos e processos de fabricação simples; flexibilidade, pois podem ser fabricados em substratos flexíveis — como plástico ou folhas metálicas — permitindo o desenvolvimento de dispositivos fotovoltaicos leves e flexíveis; e podem ser ampliados para tamanhos maiores”, disse Cao. “Eles têm um potencial extraordinário como a próxima geração de tecnologia fotovoltaica.”
Pesquisadores da Universidade de Soochow revisaram os desenvolvimentos atuais para tornar as células solares de perovskita mais eficientes e ofereceram orientações para orientar pesquisas futuras. Atualmente, podem atingir uma eficiência ligeiramente superior a 25%, mas a investigação afirma que poderão alcançar mais se as limitações atuais forem abordadas de forma adequada. Crédito: Fengren Cao, Universidade Soochow
No entanto, observou Cao, apenas algumas equipes de pesquisa desenvolveram células solares de perovskita capazes de atingir 25% de eficiência ou mais.
“Nos últimos anos, muitas estratégias foram adotadas para melhorar a eficiência das células solares de perovskita”, disse Cao. “Mas alcançar mais de 25% de eficiência ainda não é comum. Como tal, neste artigo, resumimos os desenvolvimentos recentes em células solares de perovskita de alta eficiência e destacamos suas estratégias eficazes na regulação de cristais, passivação de interface e design estrutural de camadas de componentes.”
Estratégias para melhorar a eficiência
Essas estratégias poderiam abordar com eficácia as principais causas da baixa eficiência, que são defeitos induzidos pelo processo de preparação e uma estrutura de banda inadequada, segundo Cao. A estrutura da banda refere-se aos níveis de energia dos elétrons no material: muito baixo e a célula não consegue converter a luz solar em energia de maneira adequada ou eficiente, muito alto e a célula enfrenta o mesmo problema.
Cao também observou que outros tipos de células solares poderiam ser combinados para construir “células solares em tandem” que poderiam trabalhar juntas para quebrar os limites de eficiência de um único tipo de célula solar. Além disso, disse Cao, os métodos de fabricação de componentes maiores precisam ser otimizados para alcançar as mesmas eficiências que os métodos para fabricar pequenas áreas com menos de um décimo de centímetro quadrado.
“Acreditamos que as células solares de perovskita são uma classe das células solares mais promissoras, e esses esforços garantirão que possam ser comercializadas e industrializadas no futuro”, disse Cao, explicando que pesquisas adicionais também abordariam desafios como tolerância a defeitos e questões relacionadas com a estabilidade. “O futuro das células solares de perovskita é incrivelmente emocionante e o potencial para novos avanços é vasto.”
Referência: “Células solares de perovskita com alta eficiência superior a 25%: uma revisão” por Fengren Cao, Liukang Bian e Liang Li, 4 de fevereiro de 2024, Materiais e dispositivos energéticos.
DOI: 10.26599/EMD.2024.9370018
Outros colaboradores incluem Liukang Bian e Liang Li, ambos da Escola de Ciência Física e Tecnologia, Centro de Materiais e Física de Conversão de Energia, Laboratório Principal de Filmes Finos de Jiangsu, Universidade de Soochow. Cao também é afiliado ao Laboratório Chave de Jiangsu de Tecnologias Avançadas de Carbono Negativo da Universidade Soochow.
A Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e o Desenvolvimento do Programa Acadêmico Prioritário das Instituições de Ensino Superior de Jiangsu apoiaram este trabalho.
