Novo método facilita a fabricação de células solares de perovskitas em escala industrial

Tecnologia emergente é considerada promissora para o mercado por combinar alta performance e baixo custo. Resultados foram publicados por pesquisadores do Centro de Inovação em Novas Energias no periódico Industrial & Engineering Chemistry Research

Agência FAPESP* – As células solares feitas com materiais da família das perovskitas são consideradas muito promissoras para o mercado por combinar alta performance e baixo custo. Além disso, como são flexíveis e leves, poderiam ser usadas para gerar energia elétrica a partir da luz solar em objetos como cortinas, mochilas e tetos de veículos – ampliando enormemente as possibilidades de aplicação da energia fotovoltaica.

Mas essas células solares emergentes ainda não são fabricadas em escala industrial, pois não existe um método que, ao mesmo tempo, seja escalável e gere camadas de perovskitas de qualidade adequada.

Um importante passo nesse sentido foi dado por pesquisadores do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) e colaboradores, que adaptaram um processo simples e escalável usado na produção de materiais e, com ele, conseguiram gerar as camadas principais que compõem as células solares de perovskitas.

O trabalho foi liderado por Ana Flávia Nogueira, professora da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e integrante do CINE. Os resultados foram divulgados no periódico Industrial & Engineering Chemistry Research.

O CINE é um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) constituído pela FAPESP em parceria com a Shell.

“Realizamos o processo de fabricação de células solares de perovskitas utilizando modificações que poderiam ser facilmente aplicáveis em uma futura produção desses dispositivos em um ambiente industrial”, resume Adriano dos Santos Marques, primeiro autor do trabalho, em entrevista à Assessoria de Imprensa do CINE.

Os pesquisadores explicam que as células solares de perovskitas são formadas por um “sanduíche” de camadas de diferentes materiais. As principais são a camada fotoativa, formada por um filme de perovskita que absorve a luz do sol e a converte em cargas elétricas, e as camadas de transporte, que conduzem essas cargas até os eletrodos.

Neste novo trabalho, o grupo partiu de uma técnica escalável conhecida como blade coating e a otimizou para obter perovskitas com a qualidade necessária para compor células solares com boa eficiência na conversão de energia.

A técnica se baseia na ação de uma lâmina que, movimentada por um braço mecânico, espalha uniformemente uma solução sobre um substrato, formando um filme úmido. A espessura do filme é determinada por diversos fatores: concentração da solução, velocidade da movimentação da lâmina e tamanho do vão entre a lâmina e o substrato. Para fazer filmes de perovskitas, a solução utilizada deve conter os elementos que depois formarão a perovskita e o solvente. Ao evaporar o solvente, o composto solidifica, formando os cristais típicos da estrutura das perovskitas.

O maior desafio da fabricação dessas células solares é dominar a cristalização da perovskita. De fato, quando a cristalização é lenta, os filmes ficam mais defeituosos. O problema pode ser contornado aumentando a temperatura do processo. Porém, essa solução gera um consumo maior de energia e impede o uso de materiais flexíveis como substrato do filme, já que eles se deformam com o calor.

Considerando esses fatores, os pesquisadores do CINE mantiveram uma temperatura de deposição baixa (de 50 °C) e fizeram ajustes na composição da solução, trocando os solventes e precursores e regulando a proporção entre ambos. Depois de várias tentativas, conseguiram gerar filmes de perovskitas com a qualidade desejada.

Além disso, o grupo conseguiu usar o mesmo processo de blade coating em baixa temperatura para produzir as camadas de transporte de cargas. As células solares montadas com esse material atingiram uma eficiência de 14,3%, resultado bastante positivo para um processo que reuniu, pela primeira vez, tantas condições compatíveis com o ambiente da indústria fotovoltaica.

O artigo Low-Temperature Blade-Coated Perovskite Solar Cells pode ser lido em: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.iecr.1c00789.

*Com informações da Assessoria de Imprensa do CINE.