Células solares flexíveis e impressas como jornais estão revolucionando a energia solar: Alta eficiência e versatilidade para diversas aplicações

Conseguem imprimir em massa células solares de alta eficiência e estabilidade como se imprimissem jornais, revolucionando a energia solar

Cientistas da Universidade da Cidade de Hong Kong (CityUHK) desenvolveram células solares de perovskita altamente eficientes, imprimíveis e estáveis, que representam um passo significativo em direção à neutralidade de carbono e ao desenvolvimento sustentável. Essas células solares podem ser produzidas em massa a uma velocidade comparável à impressão de jornais, permitindo uma saída diária de até 1.000 painéis solares, revolucionando a energia solar.

Inovação na Produção de Células Solares e Energia Solar

A equipe de pesquisa, liderada pelo Professor Alex Jen Kwan-yue, demonstrou uma estratégia eficaz para melhorar a estabilidade a longo prazo das células solares tandem de perovskita-orgânica. Essas células integradas retêm mais de 90% de sua eficiência inicial de conversão de energia (PCE) após 500 horas de operação. Uma característica destacada dessas novas células solares é sua flexibilidade e semi-transparência, permitindo seu uso em janelas de vidro que absorvem a luz, materializando o conceito de “fazendas solares urbanas” em cidades com numerosos edifícios altos, ampliando o uso da energia solar.

Desafios e Soluções Científicas para Energia Solar

A estabilidade operacional das perovskitas de banda larga tem sido um desafio por mais de uma década. A equipe da CityUHK abordou esse problema com soluções inovadoras em ciência dos materiais, projetando uma série de mediadores redox orgânicos com potenciais químicos apropriados para reduzir seletivamente o iodo e oxidar metais. Após integrar o dispositivo de perovskita em uma célula solar tandem monolítica de perovskita-orgânica como subcélula de banda larga, a célula tandem encapsulada foi submetida a uma iluminação de 1 sol (espectro AM 1.5G, sem filtro UV). Retinha 92% de seu PCE inicial após 500 horas de operação contínua a aproximadamente 45°C. Além disso, foi relatada uma eficiência recorde de 25,22% (certificada em 24,27%). O dispositivo também mostrou uma boa estabilidade operacional em ar úmido (umidade relativa de 70-80%).

Aplicações e Futuro da Tecnologia

O Dr. Wu Shengfan, membro chave da equipe de pesquisa e primeiro autor do artigo, destacou que foram a primeira equipe a propor o uso de métodos de síntese química e redox para resolver fundamentalmente o problema da estabilidade das células solares de perovskita. Os resultados da pesquisa serão transformados em aplicações práticas através da empresa emergente HKTech Solar Limited, que será gerida pelo Dr. Francis Lin, um estudante de pós-doutorado do Professor Jen na CityUHK. As células fotovoltaicas de perovskita podem absorver energia solar mesmo sob luz interior fraca e têm flexibilidade mecânica, permitindo sua integração e aplicação em diversos cenários, desde grandes edifícios e fazendas solares até vários componentes do Internet das Coisas (IoT). A equipe também planeja estabelecer uma linha de produção piloto com uma produção anual de 25 megawatts em Hong Kong em um ano e meio, e lançar produtos para a indústria, buscando investidores para testar as aplicações.

O avanço na produção em massa de células solares de perovskita por parte da CityUHK representa um marco importante na busca por soluções sustentáveis e eficientes para a geração de energia solar renovável. Com a capacidade de serem produzidas rapidamente e aplicadas em uma variedade de cenários, essas inovações prometem transformar a maneira como a energia solar é implementada em ambientes urbanos e além.

Fonte: www.cityu.edu.hk

O que é uma célula solar tandem de Perovskita-Orgânica?

Uma célula solar tandem de perovskita-orgânica é um dispositivo fotovoltaico avançado que combina camadas de materiais de perovskita e orgânicos para melhorar a eficiência de conversão de energia solar em eletricidade. Este tipo de célula solar aproveita as vantagens de ambos os materiais para capturar uma maior parte do espectro solar e convertê-la em energia elétrica de maneira mais eficiente.

Componentes Principais para Energia Solar

Camada de Perovskita:

• Perovskita: É um material com uma estrutura cristalina específica que permite uma alta eficiência na absorção de luz solar. As perovskitas são conhecidas por sua capacidade de absorver uma ampla gama de comprimentos de onda de luz solar, tornando-as muito eficientes na conversão de energia solar.
• Banda Larga: As perovskitas de banda larga são capazes de absorver uma maior porção do espectro solar, melhorando assim a eficiência da célula solar.

Camada Orgânica:

• Materiais Orgânicos: Esses materiais são compostos à base de carbono que podem ser projetados para complementar a absorção de luz da camada de perovskita. Os materiais orgânicos são flexíveis e podem ser processados a baixas temperaturas, facilitando sua integração em dispositivos fotovoltaicos.
• Flexibilidade e Translucidez: Os materiais orgânicos também fornecem flexibilidade e a capacidade de serem semi-transparentes, permitindo seu uso em aplicações inovadoras como janelas que geram energia solar.

Funcionamento das células solares tandem para Energia Solar

Absorção de Luz: A célula solar tandem utiliza as diferentes propriedades de absorção de luz das camadas de perovskita e orgânicas para captar uma maior quantidade de energia solar do espectro solar.

Conversão de Energia: A luz solar é absorvida pelas camadas de perovskita e orgânica, onde os fótons excitam elétrons, criando pares elétron-buraco. Esses pares são separados e coletados por contatos elétricos para gerar uma corrente elétrica.

Sinergia entre Camadas: A camada de perovskita é responsável por captar a luz de alta energia (azul e ultravioleta), enquanto a camada orgânica se especializa em captar a luz de baixa energia (vermelho e infravermelho), otimizando assim a eficiência global do dispositivo.

Vantagens das células solares tandem de Perovskita-Orgânica

Alta Eficiência: Combinando dois materiais com diferentes bandas de absorção, pode-se alcançar uma eficiência de conversão de energia solar superior à das células solares tradicionais de silício.

Custos de Produção Reduzidos: Os materiais de perovskita e orgânicos podem ser processados a temperaturas mais baixas e através de técnicas de impressão, reduzindo significativamente os custos de produção.

Versatilidade e Aplicações Inovadoras: A flexibilidade e translucidez das células solares tandem de perovskita-orgânica permitem seu uso em uma variedade de aplicações, desde fachadas de edifícios e janelas até dispositivos do Internet das Coisas (IoT).

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