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Pesquisadores desenvolvem células solares flexíveis mais baratas

Pesquisadores desenvolvem células solares flexíveis mais baratas

As células solares de perovskita têm ganhado atenção ultimamente à medida que sua eficiência energética começa a atingir a das células de silício e com razão!

Essas células são simples e baratas de produzir e têm um alto nível de flexibilidade que se prestam a uma variedade de aplicações. O problema, entretanto, tem sido fazer com que durem mais de alguns meses.

Agora, pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia, da Universidade da Califórnia em San Diego e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts podem ter encontrado a solução para esse desafio.

"As células solares de perovskita oferecem muitas vantagens potenciais porque são extremamente leves e podem ser feitas com substratos plásticos flexíveis", disse Juan-Pablo Correa-Baena, professor assistente da Escola Tecnológica de Ciência e Engenharia de Materiais da Geórgia. "Para poder competir no mercado com células solares baseadas em silício, no entanto, elas precisam ser mais eficientes."

Adicionando metais alcalinos

A nova pesquisa tem se concentrado no processo de adição de metais alcalinos às perovskitas para aumentar o desempenho. "Nós sabíamos por um trabalho anterior que adicionar césio e rubídio a uma mistura de perovskita de bromo e iodo leva a uma melhor estabilidade e maior desempenho", disse Correa-Baena.

O que faltava era saber por que a adição desses metais alcalinos tinha esse efeito nas perovskitas. Então, os pesquisadores decidiram examinar as perovskitas em nanoescala usando mapeamento de raios-X de alta intensidade.

"Observando a composição do material perovskita, podemos ver como cada elemento individual desempenha um papel na melhoria do desempenho do dispositivo", disse Yanqi (Grace) Luo, estudante de doutorado em nanoengenharia da UC San Diego.

O que eles descobriram foi que a adição de césio e rubídio à perovskita de chumbo e bromo misturado com iodo tornava a mistura de bromo e iodo mais homogênea. Isso produziu um até 2 por cento maior eficiência de conversão.

Robusto apesar das zonas mortas

Mas isso não era tudo. Uma análise posterior também descobriu que as células perovskita eram surpreendentemente robustas, apesar da presença de "zonas mortas". As zonas mortas são causadas quando os metais halogenados permanecem agrupados, resultando em algumas zonas inativas onde nenhuma corrente é possível.

"Isso foi surpreendente", disse Fenning. "Ter essas zonas mortas normalmente mataria uma célula solar. Em outros materiais, elas agem como buracos negros que sugam elétrons de outras regiões e nunca os deixam ir, então você perde corrente e voltagem.

"Mas nessas perovskitas, vimos que as zonas mortas ao redor do rubídio e do césio não eram muito prejudiciais ao desempenho da célula solar, embora houvesse alguma perda de corrente", disse Fenning. "Isso mostra como esses materiais são robustos, mas também que há ainda mais oportunidades para melhorias."

Embora a pesquisa ainda esteja em seus estágios iniciais, as descobertas podem um dia levar a avanços que podem fazer com que as células de perovskita se tornem opções viáveis. E os pesquisadores estão muito entusiasmados com as aplicações que essas células podem ter, bem como com os benefícios ambientais que podem produzir.

"Esses materiais prometem ser muito econômicos e de alto desempenho, o que é basicamente o que precisamos para garantir que os painéis fotovoltaicos sejam amplamente implantados", disse Correa-Baena. "Queremos tentar compensar as questões das mudanças climáticas, então a ideia é ter células fotovoltaicas o mais baratas possível."

O estudo foi publicado na revistaCiência.


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