Mudando para energia renovável como a energia solar é crucial na luta contra as mudanças climáticas. No entanto, embora a tecnologia solar tenha feito progressos notáveis desde a sua criação, ela ainda precisa de novas tecnologias para se tornar uma alternativa viável aos combustíveis fósseis. Nesse cenário, as perovskitas, a mais recente invenção no setor de energia renovável, podem ser um divisor de águas no desenvolvimento de energia solar eficiente.
Painéis solares tradicionais são feitos usando silício cristalino (c-Si) ou tecnologias solares de película fina, que têm eficiência limitada. No entanto, as perovskitas são estruturas cristalinas leves e flexíveis que podem ser facilmente depositadas em qualquer superfície, flexível ou texturizada. Graças a isso, eles poderiam levar à criação de fios mais finos e leves painéis solares, capaz de operar em temperatura ambiente e gerar mais eletricidade do sol a um custo menor do que as células solares de silício.
Embora nenhuma aplicação de perovskitas tenha sido comercializada ainda, elas são objeto de pesquisa e investimento contínuos. Com muitas empresas buscando aproveitar seu potencial, agora é um ótimo momento para aprender sobre as células solares de perovskita, sua tecnologia e como elas diferem das células solares tradicionais.
Conteúdo
O que é uma perovskita?
Como são feitas as células solares de perovskita?
Os diferentes tipos de células solares de perovskita
Células solares de perovskita versus células solares de silício cristalino
Conclusão
O que é uma perovskita?
Ao contrário do cristalino silício, as perovskitas são uma família de materiais com uma estrutura cristalina única semelhante ao mineral de mesmo nome que foi descoberto pela primeira vez na Rússia em 1839. No entanto, não foi até 2006 que as perovskitas foram pesquisadas pela primeira vez como materiais absorvidos, com os resultados de a pesquisa publicada três anos depois, em 2009.
Existem várias variedades de perovskitas. A primeira perovskita descoberta era composta de óxido de cálcio e titânio. Mais tarde, muitos tipos de perovskitas foram descobertos, incluindo aqueles contendo triiodeto de chumbo de metil amônio. No entanto, as perovskitas mais vantajosas para a indústria solar são aquelas cristais feito de moléculas orgânicas e inorgânicas ligadas a átomos de estanho ou chumbo.
As perovskitas são as mais promissoras das 3rd geração Fotovoltaico (PV), tornando-os um divisor de águas na indústria solar. Nos últimos cinco anos, descobriu-se que a eficiência de uma célula solar de perovskita aumentou de menos de 4% para mais de 20%. Nos próximos 15 anos, prevê-se que sua eficiência aumente ainda mais para superar 30%. Por esta razão, acredita-se que as células solares de perovskita potencialmente substituirão os tradicionais painéis solares c-Si e a maioria dos fotovoltaicos de filme fino.
Como são feitas as células solares de perovskita?
Em palavras simples, as células solares de perovskita são criadas por meio de um processo chamado “química úmida”, onde materiais como haleto de metilamônio, iodeto de chumbo de metilamônio e outros aditivos são misturados em uma solução. Essa mistura pode ser aplicada em vidro, óxido metálico, células solares de silício, polímeros flexíveis ou até madeira transparente.
A deposição da solução de perovskita sobre o material de base é realizada por meio de spin-coating, que segue o mesmo conceito das máquinas Spin-Art utilizadas por crianças. A solução é pulverizada ou pingada sobre o substrato, com o substrato sendo girado em alta velocidade, permitindo que uma fina camada da solução se espalhe uniformemente em sua superfície. Quando o solvente na mistura evapora, um filme de perovskita é deixado para trás como finas camadas de cristais de perovskita que podem ser facilmente conectados a uma célula solar.
No entanto, há mais do que apenas um único método para fabricar perovskita células solares, como assistência de vapor, deposições em duas etapas e deposição de vapor térmico.
Os diferentes tipos de células solares de perovskita
No geral, todas as células solares têm coisas em comum. Estes incluem pelo menos uma camada negativa, uma camada positiva de material fotovoltaico e um eletrodo condutor dianteiro e traseiro. Os eletrodos carregam os elétrons carregados pelo sol da camada negativa ao longo de um fio para gerar eletricidade antes de trazê-los de volta à camada positiva. Além disso, depois de montadas em um módulo solar, todas as células solares são seladas em uma camada de encapsulamento para protegê-las de danos climáticos.
Agora, quando se trata dos diferentes tipos de células solares perovskita, dois tipos são de grande importância - células de filme fino e células em tandem. As células de película fina contêm apenas perovskitas como material fotovoltaico, enquanto as células em tandem podem ter várias camadas de perovskita ou uma fina camada de perovskita sobre uma camada de silício cristalino.
Existem também células em tandem de filme fino. Aqui, as células contêm cobre camadas de seleneto de índio e gálio (CIGS) revestidas com uma camada de perovskita. Células em tandem de película fina são uma tecnologia solar já perfeita.
Células solares de perovskita versus células solares de silício cristalino
Células solares de silício cristalino, consideradas tecnologia amadurecida com processos de produção em massa bem estabelecidos, têm sido a norma há décadas na indústria solar. Estes têm uma estrutura AI-BSF onde o c-Si monocristalino ou policristalino é usado na camada absorvedora.
Uma diferença interessante entre perovskita e c-Si é seu potencial de absorção de luz. perovskita células pode responder a uma ampla gama de cores no espectro solar, enquanto o c-Si só pode absorver luz de comprimento de onda igual ou superior a 1,100 nm. Isso se deve à estrutura das células de perovskita, pois permite que os elétrons penetrem através de camadas espessas com eficiência. Como resultado, eles podem converter uma quantidade maior de luz solar em eletricidade, o que contribui para uma maior eficiência das perovskitas.
A maior eficiência registrada de uma célula solar de perovskita é % 29.15 em comparação com os 25.4% mais baixos exibidos pelas células solares c-Si. Considerando que o silício cristalino Al-BSF é uma tecnologia altamente amadurecida, isso prova o potencial promissor dos painéis solares de perovskita.
Finalmente, perovskita células solares apresentam material de baixo potencial e custos de processamento reduzidos. Eles também podem ser fabricados em várias cores, permitindo que o consumidor personalize o produto de acordo com suas necessidades. Características adicionais das células solares de perovskita, como flexibilidade, leveza e semitransparência, convenceram pesquisadores e projetistas eletrônicos de que as várias aplicações das células solares de perovskita poderiam substituir o c-Si tecnologia no longo prazo.
Quando as pessoas podem comprar células solares de perovskita? Uma conclusão
Pesquisadores e especialistas no energia renovável A indústria vê as perovskitas como um material promissor para o desenvolvimento de células solares baratas, eficientes e ecológicas. Como resultado, muitas empresas e organizações estão atualmente pesquisando o potencial das células solares de perovskita, incluindo o Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL), Oxford PV, Qcells e outros. Embora as células que eles fabricam sejam células de teste do tamanho de um selo postal, ainda não prontas para venda ao público, a comercialização em larga escala pode não estar longe.
