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Cientistas de Stanford inventam maneira ultrarrápida de fabricar módulos solares de perovskita

Fonte

Universidade Stanford

Data

terça-feira, 1 dezembro 2020 07:15

Áreas

Energia. Engenharia Ambiental. Sustentabilidade. Tecnologias.

A maioria das células solares atuais é feita com silício refinado que transforma a luz do sol em eletricidade limpa. Infelizmente, o processo de refino de silício está longe de ser limpo, exigindo grandes quantidades de energia de usinas que são emissoras de carbono.

Para uma alternativa mais ecológica ao silício, os pesquisadores se concentraram nas perovskitas de filme fino – células solares flexíveis e de baixo custo que podem ser produzidas com o mínimo de energia e virtualmente nenhuma emissão de CO2.

Embora as células solares de perovskita sejam promissoras, desafios significativos precisam ser enfrentados antes que se tornem comuns, principalmente sua instabilidade inerente, que dificulta a fabricação em escala.

“A tecnologia solar perovskita está em uma encruzilhada entre a [disponibilidade para] comercialização e a instabilidade. Milhões de dólares estão sendo investidos em startups. Mas acredito fortemente que nos próximos três anos, se não houver um avanço que estenda a vida útil das células, esses investimentos começarão a diminuir”, disse o Dr. Nick Rolston, pesquisador de de pós-doutorado da Universidade Stanford, nos Estados Unidos.

É por isso que um novo processo de fabricação de perovskita desenvolvido em Stanford é tão importante, disse o Dr. Rolston. Em um novo estudo, publicado na edição na revista científica Joule, o pesquisador e seus colegas demonstram uma maneira ultrarrápida de produzir células de perovskita estáveis ​​e montá-las em módulos solares que poderiam alimentar dispositivos, edifícios e até mesmo a rede elétrica.

“Este trabalho fornece um novo marco para a fabricação de perovskita”, disse o Dr. Reinhold Dauskardt, autor sênior do estudo e professor da Escola de Engenharia de Stanford. “Isso resolve algumas das barreiras mais formidáveis ​​para a fabricação em escala do módulo com as quais a comunidade tem lidado há anos.”

Amostras de tamanho reduzido

As células solares de perovskita são filmes finos de cristalino sintético, feitos de produtos químicos baratos e abundantes como iodo, carbono e chumbo.

As células de filme fino são leves, dobráveis ​​e podem ser cultivadas em laboratórios ao ar livre em temperaturas próximas ao ponto de ebulição da água, muito longe dos fornos de 3.000 graus Fahrenheit (1.650 graus Celsius) necessários para refinar o silício industrial.

Os cientistas desenvolveram células de perovskita que convertem 25% da luz do sol em eletricidade, uma eficiência de conversão comparável ao silício. Mas é improvável que essas células experimentais sejam instaladas em telhados de construções tão cedo.

“A maior parte do trabalho realizado em perovskitas envolve áreas realmente minúsculas de células solares ativas e utilizáveis. Eles são tipicamente uma fração do tamanho de sua unha do dedo mínimo”, disse o Dr. Rolston, que co-liderou o estudo com o Dr. William Scheideler, ex-bolsista de pós-doutorado em Stanford e agora no Dartmouth College.

Desafios: eficiência, custo e durabilidade

A equipe de Stanford criou com sucesso módulos de perovskita que continuaram a operar com 15,5% cento de eficiência, mesmo depois de cinco meses.

Módulos de silício convencionais produzem eletricidade a um custo de cerca de 5 centavos por quilowatt-hora. Para competir com o silício, os módulos de perovskita teriam de ser encapsulados em uma camada à prova de intempéries que evitasse a entrada de umidade por pelo menos uma década. A equipe de pesquisa agora está explorando novas tecnologias de encapsulamento e outras maneiras de melhorar significativamente a durabilidade das células de perovskita.

“Se pudermos construir um módulo de perovskita que dure 30 anos, poderemos reduzir o custo da eletricidade para menos de 2 centavos por quilowatt-hora. Por esse preço, poderíamos usar perovskitas para produção de energia em escala de serviço público. Por exemplo, uma fazenda solar de 100 megawatts”, concluiu o Dr.  Rolston.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Stanford (em inglês).

Fonte: Mark Shwartz, Universidade Stanford. Imagem: Módulo solar de perovskita produzido por processamento de plasma em spray rápido. Fonte: Dr. Nick Rolston.