Novo tipo de célula solar substitui silício por perovskita de baixo custo

São Francisco, 23 out (Xinhua) -- Um novo projeto para células solares que usam materiais comumente disponíveis e de baixo custo, incluindo estanho e outros elementos abundantes, poderá se igualar e até superar as células convencionais de silício.

O novo tipo de célula solar, que substitui o silício com um cristal chamado perovskita, converte a luz solar em eletricidade com eficiência semelhante a tecnologia atual, mas a um custo muito mais baixo, disseram pesquisadores da Universidade de Stanford nos Estados Unidos e da Universidade de Oxford, na Grã-Bretanha.

Perovskite é um material cristalino fotovoltaico que é mais fino, mais flexível e fácil de fabricar do que os cristais de silício. O novo dispositivo consiste de duas células solares empilhadas de perovskite ao mesmo tempo. Cada célula é impressa em vidro.

"Semicondutores de perovskita têm mostrado uma grande promessa para tornar as células solares de alta eficiência com baixo custo," disse Michael McGehee, professor de ciência dos materiais e engenharia na Universidade de Stanford e co-autor de um estudo publicado na recente edição da revista Science. "Nós projetamos um dispositivo robusto, feito de perovskita que converte a luz solar em eletricidade com uma eficiência de 20,3 por cento, uma taxa comparável às células solares de silício disponíveis no mercado hoje."

Um painel solar de silício convencional começa pela conversão de sílica rocha em cristais de silício através de um processo que envolve temperaturas superiores a 3.000 graus Fahrenheit, ou 1.600 graus Celsius, observou o co-autor principal Tomas Leijtens, um estudante de pós-doutorado na Universidade de Stanford. "Células de perovskite podem ser processadas em laboratório a partir de materiais comuns, como o chumbo, o estanho e o bromo, em seguida, impresso em vidro, à temperatura ambiente."

Estudos anteriores mostraram que a adição de uma camada de tipo perovskite pode melhorar a eficiência das células solares de silício. E um dispositivo conjunto constituído por duas células de perovskita seria mais barato e usaria menos energia para construir, disseram os autores. No entanto, a construção de um dispositivo de perovskita tem sido um desafio difícil. O principal problema é a criação de materiais de perovskita estáveis ​​capazes de capturar energia suficiente a partir do sol para produzir uma tensão decente.

Uma célula típica de perovskita colhe fótons da parte visível do espectro solar. Fótons com maior energia podem causar elétrons no cristal de perovskita a saltar através de um "gap de energia" e criar uma corrente elétrica. Uma célula solar com um gap de energia de pequeno porte pode absorver a maioria dos fótons, mas produz uma tensão muito baixa. Uma célula com um gap de energia maior gera uma tensão mais alta, mas os fótons de baixa energia passam através dela.

Um dispositivo de conjunto eficiente consistiria em duas células que se combinem perfeitamente, o co-autor principal Giles Eperon, um estudante de Oxford que está atualmente na Universidade de Washington, foi citado ao dizer em um comunicado de Stanford. "A célula com a diferença de energia maior absorveria fótons com maior energia e iria gerar uma tensão adicional. A célula com a diferença de energia menor pode colher os fótons que não são recolhidos pela primeira célula e ainda produzir uma tensão."

A menor diferença provou ser o maior desafio para os pesquisadores. Trabalhando em conjunto, Eperon e Leijtens usaram uma combinação única de estanho, chumbo, césio, iodo e materiais orgânicos para criar uma célula eficiente, com um gap de energia de pequeno porte. "Desenvolvemos um tipo de perovskita que absorve a luz infravermelha de baixa energia e proporciona uma eficiência de conversão de 14,8 por cento," disse Eperon. "Nós então combinamos isto com uma célula de perovskita composta por materiais semelhantes, mas com uma diferença de energia maior."

O resultado: um dispositivo que consiste em duas células de perovskite, com uma eficiência combinada de 20,3 por cento.

"Este é apenas o começo," disse Henry Snaith, professor de física na Universidade de Oxford e co-autor do estudo, acrescentando que "as células de perovskita têm demonstrado claramente serem úteis em um projeto para células solares de película fina para fornecer mais de 30 por cento de eficiência.