Amplamente conhecida como uma das fontes de energia mais limpas e renováveis, a energia solar é uma alternativa às oriundas de combustíveis fósseis. Células solares são dispositivos que convertem a energia do sol em energia elétrica, e a eficiência desses dispositivos refere-se à parte da energia da luz solar que é convertida em eletricidade.
Um trabalho inovador no Brasil, desenvolvido por pesquisadores do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF) sobre celulares solares de perovskitas foi duplamente premiado recentemente no XV Brasil MRS Meeting: Premio Bernhard Gross, um reconhecimento da SBPMat pela melhor contribuição de cada simpósio apresentado na reunião anual da sociedade e o prêmio da ACS- American Chemical Society, que premiou os cinco melhores trabalhos do congresso.
Apresentado pela pesquisadora Silvia Letícia Fernandes, o trabalho é parte da tese de doutorado dela intitulada “Desenvolvimento de células solares de perovskitas baseadas em filmes de óxidos nanoestruturados”, sob orientação da Profa. Dra. Maria Aparecida Zaghete (IQ- Unesp Araraquara) e co-orientação do Prof. Carlos Frederico de O. Graeff (Faculdade de Ciências- Unesp Bauru), ambos pesquisadores do CDMF, um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) apoiados pela FAPESP. O doutorado de Silvia foi financiado pela FAPESP e realizado em parceria com o EMPA- Laboratório Federal Suíço de ciência e tecnologia dos materiais, Suíça, sob orientação do prof. Dr. Frank Nüesch.
Atualmente, as células solares convencionais são feitas de silício, as quais possuem eficiência de conversão de energia na faixa de 20%. Apesar da elevada eficiência, nos últimos 15 anos não foram observados progressos com as células de silício e sua eficiência permanece estagnada.
Silvia explica que a nova tecnologia fotovoltaica foi descoberta em 2009. “Inicialmente, a eficiência de conversão de energia das células solares de perovskita era de apenas 3%. Hoje, já temos eficiências tão altas quanto 22%. Esse rápido avanço colocou as células solares de perovskitas em competição com as comerciais células de silício e essa tecnologia já é considerada promissora para a aplicação em larga escala.”
No Brasil, os grupos de pesquisas estão apenas iniciando suas atividades na área; existem poucos desenvolvendo pesquisas com células solares de perovskitas. “Iniciamos nosso trabalho em 2015, e com a parceria entre a Profa. Maria Aparecida Zaghete e o professor Carlos Frederico de Oliveira Graeff, ambos do CDMF-CEPID-FAPESP, em colaboração com o grupo da Suíça sob liderança do Prof. Frank Nüesch, desenvolvemos células solares de perovskitas que atingiram até 15% de eficiência”, comenta Silvia.
A inovação no trabalho de Silvia é a introdução de óxido de nióbio como parte do dispositivo a fim de melhorar sua performance. “Conseguimos bons resultados quando inserimos o óxido de nióbio nas células, inclusive ganho na estabilidade do dispositivo. Vale ressaltar que o uso do nióbio é de grande interesse para o nosso país, visto que mais de 90% das reservas desse mineral estão localizadas no Brasil.”
Perovskita
Perovskita é um termo geral usado para designar a estrutura do material que compõe esse tipo de célula solar (CH3NH3PbI3 é o material mais utilizado), o qual é responsável por absorver a luz do sol e gerar corrente elétrica.
Existem várias vantagens que as células de perovskitas apresentam sobre as de silício tradicionais. “Enquanto o dióxido de silício (SiO2) é abundante na forma de areia de praia, separar as moléculas de oxigênio ligadas ao silício requer uma quantidade gigantesca de energia. O dióxido de silício funde a altas temperaturas, acima de 1500 °C, o que paradoxalmente libera mais emissão de dióxido de carbono na atmosfera e também cria um limite fundamental sobre o custo de produção de células solares de silício. Outra complicação das células fotovoltaicas de silício é que elas são pesadas e rígidas. Estes painéis pesados contribuem para os altos custos de montagem das matrizes e módulos fotovoltaicos de silício”, comenta a pesquisadora.
Até o momento, acrescenta Silvia, as células de perovskitas vêm se mostrando mais eficientes do que as células de silício, não contribuem para o aquecimento global com a liberação de dióxido de carbono e são muito mais flexíveis, pois são feitas de filmes finos.
Em março de 2015, o co-fundador da Oxford Photovoltaics, Dr. Henry Snaith, anunciou que a tecnologia solar de perovskita estaria no mercado em 2017. Seus planos incluem aproveitar a transparência do material e revestir edifícios de escritórios com células solares de perovskita. Segundo as estimativas, essa ideia arquitetônica, permitiria que um prédio de 35 andares em Londres, por exemplo, gerasse cerca de 60% da eletricidade que ele usa.
O fato de que as células solares de perovskita agora estão competindo em eficiência com células de silício é notável. Alcançar uma eficiência de 22% em tão pouco tempo é um marco na tecnologia da energia solar. Enquanto as células solares de silício são agora consideradas uma tecnologia madura, o progresso das células de perovskitas continua a florescer. Em sete anos, a eficiência das células solares de perovskita aumentou cinco vezes e duplicou nos últimos dois anos. Muitos preveem que sua eficiência continuará alcançando novos patamares nos próximos anos.
Silvia ressalta que ainda existem problemas que precisam ser resolvidos em relação às células de perovskitas, como a sua durabilidade em condições climáticas. “Células de silício são extremamente resistentes, o que não é o caso das de perovskitas. Estas permanecem suscetíveis à água, ao ar e à luz. Além disso, a questão de como produzir células solares de perovskita em grande escala de forma competitiva com a tecnologia de silício é ainda um ponto de interrogação. Mas, com o aumento exponencial da eficiência de conversão de energia, baixos custos de produção e fáceis métodos de fabricação que são ambientalmente amigáveis, o potencial das células solares perovskitas é promissor e brilhante”, finaliza a pesquisadora.
Fotos: Vinícius Leme/CDMF
Contato com a pesquisadora Silvia Letícia Fernandes: +5514981260585
Email: sy.fernandes@hotmail.com
