Células solares de Perovskita descubra tudo sobre!

Um material chamado Perovskita tem chamado muito a atenção do setor de energia solar nos últimos anos. Diversas pesquisas estão sendo desenvolvidas com o intuito de criar painéis solares que possam contar com esse material em seu revestimento. 

A partir da exploração da Perovskita, seria possível produzir painéis solares mais leves, com custo de fabricação inferior e tão eficientes quanto os equipamentos feitos de silício.

Levando em consideração a atenção que esse material tem recebido, é hora de sabermos mais sobre ele, já que, muito em breve, ele pode estar presente nos painéis solares que você irá oferecer para seus clientes. Confira tudo sobre a Perovskita no artigo a seguir!

O que é perovskita? 

As perovskitas são uma classe de materiais descobertos por Gustav Rose em 1839. Sendo assim, o nome não se refere a um material específico, como o silício ou o telureto de cádmio (outros principais concorrentes na fabricação de equipamentos fotovoltaicos). 

O termo é utilizado para se referir a um grupo de compostos, com estrutura cristalina e características únicas que possibilitam inúmeras e versáteis aplicações em uma ampla gama de dispositivos tecnológicos.

Esses elementos possuem uma compatibilidade química e estrutural que viabiliza um alojamento estrutural maleável. Esse é um grande diferencial, que oferece oportunidades para personalizar propriedades eletrônicas, magnéticas e ópticas em filmes finos – o que não é possível a partir do uso de semicondutores convencionais.

Algumas das suas características principais são a ferroeletricidade, o ferromagnetismo, a magnetoeletricidade, a luminescência e a supercondutividade. A seguir, uma breve explicação sobre cada uma delas:

• Ferroeletricidade: é a propriedade que certos materiais possuem de mudar sua polarização elétrica quando um campo elétrico é aplicado. Isso significa que eles podem armazenar uma carga elétrica temporariamente. 
• Ferromagnetismo: trata-se da capacidade de um elemento de se tornar um ímã permanente, possibilitando atrair outros materiais magnéticos. 
• Magnetoeletricidade: refere-se à interação entre propriedades magnéticas e elétricas em um material. Mudanças em um campo magnético podem levar a alterações em propriedades elétricas e vice-versa. 
• Luminescência: é a emissão de luz por um material após a absorção de energia, geralmente luz ou eletricidade. Isso inclui processos como fluorescência (emissão de luz imediatamente após a excitação) e fosforescência (emissão de luz após a excitação ter cessado). Alguns exemplos são lâmpadas fluorescentes e telas de dispositivos eletrônicos.
• Supercondutividade: essa é uma propriedade que certos elementos possuem, de conduzir eletricidade sem resistência quando são resfriados abaixo de uma determinada temperatura crítica. Isso permite a transmissão de eletricidade sem perdas de energia significativas, o que tem implicações importantes para aplicações em eletrônica e geração de energia.

A perovskita é um mineral já conhecido e usado em vários dispositivos, mas sua aplicação às células solares é relativamente recente. Consiste em infinitas combinações possíveis de elementos ou moléculas, o que resulta no fato de ser altamente ajustável. 

O potencial desse elemento ainda é considerado inexplorado, por isso muitas experiências têm sido desenvolvidas, combinando-o com outros materiais.

O que se sabe até então – e serve para justificar o grande investimento e interesse nesse material – é que ele pode ser utilizado na fabricação de células solares, que são comprovadamente superiores e muito mais baratas do que as feitas de silício. 

Essa possibilidade faz com que as perovskitas possam oferecer um futuro promissor para os sistemas de energia solar. Pesquisas indicam que esse elemento é 500 vezes mais fino que o silício, tornando-o uma opção mais flexível e ultraleve. Além disso, é altamente eficiente, proporcionando altas taxas de conversão solar.

Há vários tipos de elementos na categoria geral de perovskitas. Como as perovskitas de óxido metálico, por exemplo, que podem ser exploradas em catálise e em armazenamento e conversão de energia para fabricação de carros elétricos. 

O foco principal das últimas pesquisas na área, no entanto, é relacionado às perovskitas de haleto de chumbo, ou halogenetos de chumbo. Esse tipo de perovskita apresenta uma ampla gama de possibilidades, e diversos laboratórios ao redor do mundo estão dispostos a desvendá-las.

O intuito é descobrir as variações que apresentem o melhor desempenho em eficiência, custo e durabilidade. O último fator tem sido, até agora, o mais desafiador entre os três, mas falaremos sobre isso mais adiante.

Eliminar o uso de chumbo em sua composição tem sido uma grande preocupação, para evitar o impacto ambiental que essa substância provoca. Acontece, no entanto, que os dispositivos baseados em chumbo continuam a ter um desempenho eletrônico muito mais eficiente em comparação a outras composições. 

Saiba mais a seguir sobre os resultados promissores que as células solares feitas de perovskita oferecem.

Quais os resultados que as células de perovskita oferecem? 

Há várias vantagens que as células solares de perovskita apresentam quando comparadas às tecnologias desenvolvidas a partir de silício, que são, atualmente, as dominantes no mercado. 

As células de perovskita são flexíveis e transparentes, e podem ser fabricadas a partir de processos mais simples, de baixo custo e impacto ambiental. O início da sua exploração teve início em 2009.

Nessa época, a tecnologia ainda apresentava pouca eficiência: em torno de 4% para converter a energia do Sol em eletricidade. Como veremos a seguir, esse resultado foi superado depois de alguns anos. 

Eficiência para produção de energia solar

Graças aos avanços científicos de diversos laboratórios ao redor do mundo, foram feitas descobertas que viabilizaram que as células solares feitas de perovskita alcançassem uma eficiência que ultrapassa os 25%. Desse modo, alcançaram o nível das células solares comercializadas atualmente. 

Uma das grandes vantagens desse componente é sua tolerância a defeitos em sua estrutura cristalina. Ao contrário do que acontece com o silício (que requer altos níveis de pureza para funcionar bem), as perovskitas são capazes de entregar resultados satisfatórios mesmo com inúmeras imperfeições e impurezas.

Mais recentemente, uma equipe de pesquisadores da Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) conseguiu desenvolver uma célula solar de perovskita que alcançou um novo recorde mundial, com eficiência de 29,15%, segundo publicação da revista Science.

Para se ter uma ideia da relevância do resultado alcançado, 95% dos painéis fotovoltaicos instalados hoje são fabricados com células solares de silício, que permitem um rendimento de 27% da luz solar. Assim, o setor está cada vez mais próximo de obter a eficiência de 30% para células solares.

Outra novidade interessante é que muitos pesquisadores da área estão confiantes de que esse “limite” de 30% também pode ser superado, alcançando números ainda mais altos de eficiência energética a partir da captação da luz solar. 

Apesar dessas excelentes inovações, esses dispositivos ainda apresentam alguns problemas quanto à estabilidade à longo prazo, devido à degradação que sofrem quando expostas à umidade, oxigênio, radiação UV, temperatura e outros fatores. Continue a leitura para saber mais.

Regeneração do material

Uma vez que o desafio da eficiência foi superado, os pesquisadores da área passaram a focar em maneiras de superar essa questão da degradação. Isso acontece porque os filmes de perovskitas (cuja função nos painéis é capturar fótons e transformá-los em cargas elétricas) são materiais de baixa estabilidade. 

Isso significa que, quando expostos a fatores como os mencionados acima, sua estrutura e composição sofrem mudanças que impactam as propriedades do material, e, consequentemente, o desempenho do dispositivo.

Assim, os filmes se degradam rapidamente e a vida útil das células solares se reduz consideravelmente, tornando impossível garantir a durabilidade de 20 ou 30 anos esperada para um painel solar.

A umidade do ar é o principal problema enfrentado nesse sentido. Ela invade os filmes feitos de perovskita e acelera os danos causados, tornando sua utilização inviável em sistemas de captação de energia operados em ambientes não controlados. 

Muitos estudos têm sido desenvolvidos com o intuito de descobrir procedimentos que possam melhorar a qualidade e as propriedades das perovskitas. Pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências (CAS) conseguiram desenvolver um novo tipo de célula solar à base de perovskita, que consegue se regenerar. 

A capacidade de autocura é o resultado de uma combinação envolvendo polivinilpirrolidona (PVP), um polímero solúvel em água formado por múltiplas cadeias de vinilpirrolidonas. 

Com essa técnica, é possível controlar o crescimento de cristais, o que acontece a partir de ligações de hidrogênio, que reparam a célula solar que foi deteriorada e resgatam seu estado original. O PVP atua como uma espécie de armadura protetora com efeito de refluxo automático contra o vapor de água, formando uma película que impede a degradação.

Esse procedimento faz com que a célula solar de perovskita continue a funcionar, aliviando a instabilidade celular a longo prazo. Abordagens como essa dão esperança de que seja viável garantir o aumento da estabilidade dos filmes de perovskita e torná-los mais resistentes ao ambiente por meio da sua capacidade de regeneração.

Além disso, quando agregado aos painéis solares de perovskita, o PVP também contribui com o crescimento de cristais com menos defeitos e grãos maiores. Isso significa que esse componente pode ajudar a tornar as células fotovoltaicas mais eficientes para a captação de energia em condições ambientais adversas, como em regiões chuvosas ou com umidade excessiva.

Eliminando o problema em relação à umidade (que é um dos principais desafios quanto à degradação dos painéis), a expectativa é que os painéis de perovskita possam ser aproveitados em condições reais de uso, e, quem sabe, ser um possível substituto para o silício. 

Essas e outras técnicas ainda precisam ser ampliadas, para que seja possível encontrar materiais com melhores composições e fabricar dispositivos com os melhores designs para a geração de energia solar. 

Mas, afinal, qual a viabilidade econômica das células solares feitas com perovskita? Esse é um dos fatores mais importantes a serem considerados ao desenvolver um projeto fotovoltaico. Continue a leitura para saber mais! 

Qual a viabilidade econômica dessas células? 

As células solares de perovskita são uma área de pesquisa promissora devido à sua alta eficiência na conversão de luz solar em eletricidade e à possibilidade de fabricação mais flexível em comparação com as células solares tradicionais de silício. Sua viabilidade econômica, no entanto, é um fator que ainda está sendo explorado, já que depende de vários fatores.

Embora muitos desafios tenham sido superados em relação a produção dessas células e esse material continue se mostrando promissor, a durabilidade continua sendo o maior obstáculo. 

A boa notícia é que os avanços nesse sentido são promissores: enquanto as primeiras amostras de células solares de perovskita duravam apenas algumas horas, hoje em dia o setor já possui formulações com vida útil de até alguns anos, o que já possibilita atender a algumas aplicações.

Vale ressaltar que os painéis solares feitos de silício retêm até 90% de sua potência após 25 anos de produção de energia solar, algo com o qual é difícil concorrer. Em compensação, o custo inicial das células solares de perovskita é bem mais baixo. 

Em 2022, pesquisadores da Universidade de Princeton, nos Estados Unidos, alcançaram um novo marco com a produção de células de perovskita. Elas passaram no teste de durabilidade, cujo intuito era simular 30 anos de operação normal. Assim, pode-se dizer que a ciência conseguiu desenvolver a primeira classe a rivalizar com o desempenho das células à base de silício.

Esse resultado foi obtido a partir da construção de camadas que protegem a parte ativa da célula solar. Para simular sua vida útil, foi preciso aplicar um novo processo de envelhecimento rápido, após o qual as células mantiveram certa eficiência e resistência.

Desse modo, assim que o setor de energia solar passar a comercializar os painéis feitos com células solares de perovskita, tudo indica que elas se tornarão economicamente viáveis como substitutas do silício em grande escala. 

É esperado um futuro muito promissor em relação a essa novidade, com significativos progressos e altos índices de eficiência em relação à conversão de energia solar em energia elétrica. A expectativa é que as células solares feitas de perovskita comecem a ser comercializadas em breve, ainda nos próximos anos.

Gostou desse prognóstico? Se você tem interesse em se manter sempre bem informado sobre o setor de energia solar e as novidades do mercado, continue acompanhando nosso blog! Aqui, você encontra o que há de melhor e mais recente a respeito da energia solar! 

10 Motivos para ser um integrador Solfácil

A Solfácil é conhecida por sua grande presença no sistema de financiamento de energia solar, no entanto, a organização oferece diversas facilidades e recursos para o integrador, o que resulta no melhor ecossistema para o profissional de energia solar, e nesse post falaremos mais sobre todos esses pontos.

1. Feita por Integradores: a Solfácil é uma empresa que foi criada por integradores para integradores. CEO e fundador, o engenheiro Fábio Carrara já foi integrador de painéis fotovoltáicos e conhece profundamente as necessidades do integrador.
2. Financiamento: maior taxa de aprovação do mercado, maior carência do mercado, diversas opções de financiamento, taxas fixas dentre outras opções.
3. Loja: A loja Solfácil concentra produtos em uma única plataforma, integradores têm acesso a uma melhor visibilidade na comparação de preços entre distribuidores e no planejamento da entrega através da tela de status do pedido, diretamente na plataforma Solfácil.
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10. Suporte: Além do gerente de contas para auxiliar no antedimento, temos a disposição treinamento personalizado para que o integrador aprenda usar a plataforma em tempo recorde.