Uma revisão do potencial da combinação de células solares de silício com materiais de perovskita destaca como ampliar esta tecnologia. Crédito: 2024 KAUST; Heno Hwang
Em 2009, os pesquisadores demonstraram que as células solares feitas de perovskitas, especificamente brometo de chumbo de metilamônio e iodeto de chumbo de metilamônio, possuem capacidades superiores de absorção de luz. Esses materiais, conhecidos como perovskitas de haleto de chumbo ou simplesmente perovskitas, marcaram o início de um novo caminho na pesquisa fotovoltaica. Embora a eficiência inicial das células solares de perovskita fosse relativamente baixa, ela lançou as bases para avanços futuros neste campo.
Hoje, está claro que as futuras células solares provavelmente incluirão essas perovskitas em combinação com o silício tradicional. Erkan Aydin, Stefaan De Wolf e uma equipe da KAUST revisaram como essa tecnologia tandem pode sair do laboratório e ser ampliada para fabricação comercial.
A empolgação com as perovskitas decorre do fato de que elas podem ser criadas em baixas temperaturas e são facilmente depositadas na maioria das superfícies, incluindo as flexíveis, tornando-as mais leves, mais adaptáveis e potencialmente mais baratas que os painéis solares de silício.
Vantagens das células tandem
“Tanto as células solares de perovskita quanto as de silício provaram ser altamente eficientes; no entanto, usá-los em conjunto em uma única célula permite um melhor aproveitamento da luz solar, minimizando as perdas que não são convertidas em carga elétrica”, afirma Aydin.
Aydin e seus coautores mapearam os desenvolvimentos na fabricação tandem de células solares que permitem aumentos no tamanho e na eficiência de conversão de energia. Mas realçam que são necessárias outras abordagens para torná-los comercialmente viáveis.
Desafios na expansão
Um desafio, por exemplo, é que a topografia da superfície do silício afeta a deposição da perovskita. Os dispositivos de laboratório de melhor desempenho até o momento usaram revestimento giratório de uma tinta precursora de perovskita combinada com um tratamento anti-solvente. No entanto, esta abordagem não é adequada para o processamento comercial, pois é difícil de aumentar e desperdiça muito material. Aydin e coautores discutem os prós e os contras de abordagens alternativas, como revestimento de matriz ranhurada e deposição física de vapor.
Outra consideração é que a umidade e o calor e sua combinação com a luz aceleram a degradação das subcélulas da perovskita. Os autores detalham vários testes de envelhecimento acelerado e de ambiente real em células solares tandem de perovskita/silício e sublinham a necessidade de esforços concentrados nesta direção. Isso ajuda a prever a confiabilidade e a vida útil dos módulos de perovskita/silício em diversos ambientes agressivos.
“Acho que o maior desafio é aumentar a confiabilidade das subcélulas das perovskitas”, diz Aydin. “As atividades de investigação que tivemos até agora indicaram que ainda não atingimos nenhum limite fundamental, por isso precisamos de um esforço mais concentrado para criar dispositivos estáveis a longo prazo.”
Os módulos tandem de prova de conceito já foram introduzidos. No entanto, dados os desafios práticos significativos, ainda não está claro quando os tandems de perovskita/silício atingirão o nível de mercado. No entanto, o sucesso no desenvolvimento de células solares comerciais eficientes é vital para satisfazer a crescente procura de energia e, ao mesmo tempo, reduzir o impacto ambiental.
Referência: “Caminhos para a fotovoltaica comercial de perovskita/silício em tandem” por Erkan Aydin, Thomas G. Allen, Michele De Bastiani, Arsalan Razzaq, Lujia Xu, Esma Ugur, Jiang Liu e Stefaan De Wolf, 12 de janeiro de 2024, Ciência.
DOI: 10.1126/science.adh3849
