Silício

May 16, 2023

Olhando para o futuro: As células de energia solar tradicionais são baseadas em um composto semicondutor de silício, que é conhecido por ter uma eficiência máxima teórica de 29% na conversão da luz solar em energia elétrica. No entanto, ao incorporar uma segunda camada de perovskita na camada base de silício, as células solares têm o potencial de ultrapassar este limite de eficiência num futuro próximo.

Perovskita é uma classe de compostos que compartilha a mesma estrutura cristalina do mineral óxido de cálcio e titânio. Este material altamente flexível é usado em diversas aplicações, incluindo máquinas de ultrassom, chips de memória e células solares para geração de energia. Estudos recentes sugerem que a perovskita pode ser o “molho secreto” para impulsionar a indústria de células solares em direção a novos níveis de eficiência de geração de energia.

A actual tecnologia de células solares está a aproximar-se rapidamente do seu nível máximo de eficiência, mas ainda fica aquém do necessário para que a energia solar seja um factor de mitigação significativo contra o aquecimento global. Os cientistas dizem que a eficiência deve ultrapassar os 30 por cento e a taxa de instalação de novos painéis solares deve aumentar dez vezes em comparação com os actuais níveis de adopção.

Ao adicionar uma camada adicional de perovskita sobre uma base de silício, ambas possuindo propriedades semicondutoras, a quantidade de energia capturada da luz solar pode ser aumentada. A camada de silício captura elétrons da luz vermelha, enquanto a camada de perovskita captura a luz azul. A melhoria da capacidade de absorção de energia levará a uma redução no preço global da energia solar, permitindo assim uma implantação e adoção mais rápidas de painéis solares.

Os cientistas passaram anos desenvolvendo uma tecnologia eficiente de células solares de perovskita de silício e parece que 2023 marcará um marco significativo neste campo. Avanços recentes em pesquisas aumentaram com sucesso a eficiência das células tandem de silício-perovskita para além de 30%. O ritmo do progresso é tão rápido que esta tecnologia demonstrará em breve as suas capacidades melhoradas em produtos comercialmente disponíveis.

Stefaan De Wolf, professor de ciência e engenharia de materiais na Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah, na Arábia Saudita, acredita que 2023 trará avanços significativos. A equipe de De Wolf já alcançou um nível de eficiência de 33,7% em uma célula solar de perovskita de silício, mas seu trabalho ainda precisa ser publicado em revistas científicas.

Outro grupo, liderado por Steve Albrecht, do Centro Helmholtz de Materiais e Energia, em Berlim, na Alemanha, publicou recentemente um estudo sobre uma célula tandem de silício-perovskita que pode atingir eficiências de conversão de energia de até 32,5%. Um terceiro grupo liderado por Xin Yu Chin, do Instituto Federal de Tecnologia de Lausanne, na Suíça, demonstrou um nível de eficiência de 31,25%, com células tandem tendo “potencial para alta eficiência e baixos custos de fabricação”.

De acordo com De Wolf, ultrapassar o limite de 30% de energia inspira confiança de que “fotovoltaicos de alto desempenho e baixo custo podem ser trazidos ao mercado”. A capacidade de energia solar atingiu 1,2 terawatts (TW) em 2022, e deve aumentar para pelo menos 75TW até 2050 para mitigar os cenários mais catastróficos decorrentes do aquecimento global e dos gases com efeito de estufa.

A indústria comercial está trabalhando ativamente para melhorar a eficiência das células solares. O maior fabricante da China (LONGi) já atingiu uma eficiência de 33,5% no laboratório. A próxima etapa envolve aumentar o tamanho das células eficientes em tandem de perovskita de silício, desde condições experimentais (quadrados de 1 cm) até recursos de nível comercial (quadrados de 15 cm). De Wolf expressa confiança de que alcançaremos este objetivo mais cedo ou mais tarde.