Pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego, nos Estados Unidos, desenvolveram uma célula solar de perovskita sem chumbo, capaz de superar o limite teórico de eficiência energética normalmente atribuído a esse tipo de painel fotovoltaico de última geração.
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Segundo os cientistas, essa é a primeira célula solar do mundo fabricada com um material à base de perovskita em uma estrutura de cristal super-reticulado. Esse composto especial possui uma dinâmica de portadora em três dimensões, com uma orientação perpendicular aos eletrodos.
“Graças à sua estrutura específica, a célula solar atinge uma eficiência de 12,36%, a mais alta já relatada para dispositivos de perovskita de baixa dimensão sem chumbo — a eficiência do recordista anterior é de 8,82%. A nova célula solar também possui uma tensão de circuito aberto incomum de 0,967 V, superior ao limite teórico de 0,802 V”, explica o professor de nanoengenharia Sheng Xu, coautor do estudo.
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Cristal super-reticulado
A disposição exclusiva desse material também permite que diferentes componentes da célula solar sejam colocados na direção vertical, criando uma estrutura de banda dupla em escala atômica. Sob a luz do Sol, os elétrons excitados podem relaxar de um componente para outro, contribuindo para uma tensão de circuito aberto muito mais alta.
Para criar esse cristal super-reticulado de perovskita sem chumbo, os cientistas utilizaram uma técnica conhecida como epitaxia química — método de deposição de uma película monocristalina sobre um substrato. Com isso, eles criaram poços quânticos de perovskita alinhados verticalmente e cruzados entre si.
“Essa estrutura cruzada torna a dinâmica do portador do material, incluindo mobilidade de elétrons, vida útil e caminhos de condução em todas as três dimensões, muito mais eficiente do que ter apenas vários poços quânticos espalhados aleatoriamente por todo o sistema”, acrescenta o pós-doutorando em nanoengenharia Yusheng Lei, autor principal do estudo.
Perovskita sem chumbo
Em comparação com suas contrapartes tridimensionais, perovskitas de haleto metálico de baixa dimensão sem chumbo são estruturas inorgânicas-orgânicas periódicas que mostraram uma estabilidade promissora e um desempenho elétrico muito superior, podendo ser aplicadas em super-redes de perovskita no futuro.
O próximo passo será padronizar o processo de fabricação das novas células solares, tornando esse sistema fotovoltaico mais robusto e confiável para utilização em grande escala. A ideia é envolver especialistas da indústria para criar os parâmetros viáveis de aplicação no mundo real.
“Com essas novas células de perovskita sem chumbo, poderemos um dia alcançar uma eficiência energética muito maior, obtendo mais eletricidade em painéis solares já existentes ou gerando a mesma quantidade de energia em painéis solares menores a custos infinitamente mais baixos”, encerra o professor Sheng Xu.
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Fonte: Canaltech
