Processo simples aumenta a durabilidade de células solares de perovskita

Material é tão eficiente quanto o silício na geração de energia limpa e tem custos menores de produção, maior leveza e flexibilidade. Sua rápida degradação é um dos principais obstáculos a serem vencidos para tornar seu uso viável

Agência FAPESP* – Estudo realizado na Universidade Federal do ABC (UFABC) apresenta uma nova forma de mitigar a rápida degradação das células solares de perovskita. O problema, que limita a utilização desses dispositivos no cotidiano, tem desafiado os pesquisadores da área em busca de soluções viáveis.

As células solares de perovskita constituem uma tecnologia fotovoltaica muito promissora. São tão eficientes quanto as de silício e têm custos de produção menores. Além disso, são leves, flexíveis e semitransparentes, o que abre numerosas possibilidades de aplicações, como janelas, roupas ou barracas capazes de gerar energia elétrica a partir da luz do Sol.

Entretanto, a comercialização dessas células esbarra na sua baixa durabilidade, decorrente da degradação que os materiais da família das perovskitas sofrem quando expostos a condições de umidade e temperatura ambiente, tanto durante a produção como no decorrer do uso. Essa deterioração impacta o desempenho dos dispositivos ao longo do tempo e, portanto, a sua durabilidade.

Em artigo publicado no periódico Solar Energy Materials and Solar Cells, a equipe da UFABC descreveu um processo cujo diferencial é a possibilidade de ser realizado sem o rigoroso controle de umidade e temperatura que existe nos laboratórios dedicados a pesquisar esses dispositivos.

“As células solares deste trabalho foram obtidas em condições ambientes, sem grandes controles de umidade, o que pode ser mais compatível com as condições de preparação industrial”, explica o professor André Sarto Polo, coordenador do estudo e membro do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) – um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) apoiado por FAPESP e Shell.

Modulando a composição

A família das perovskitas reúne materiais de composições químicas diversas. Todos eles têm em comum a estrutura, formada por íons de carga positiva (cátions) e negativa (ânions). As perovskitas baseadas em cátions de metilamônio (MA+) e de formamidínio (FA+) são as mais estudadas para uso em células solares.

Neste novo estudo, apoiado pela FAPESP por meio de três projetos (17/11986-5, 22/07268-8 e 23/09820-2), os autores incorporaram quantidades crescentes de cátions de formamidínio em perovskitas baseadas em metilamônio, caracterizaram cada um dos materiais obtidos e, com eles, montaram células solares. A produção e a caracterização dos materiais e dispositivos foram feitas em ambientes com umidade relativa do ar de 40% a 60%.

Para testar a estabilidade, essas células solares foram expostas a temperatura e umidade ambiente durante 90 dias. Ao longo desse período, os pesquisadores estudaram sistematicamente as propriedades de todos os dispositivos com o objetivo de investigar a influência da adição de formamidínio no desempenho das células solares.

Enquanto as células solares sem FA+ tiveram uma acentuada queda na eficiência logo depois de montadas e deixaram de funcionar aos 30 dias, as células com mais de 25% de FA+ mantiveram 80% da eficiência no final dos 90 dias.

“Este trabalho demonstra como a incorporação de cátions de FA+ em perovskitas à base de MA+ causa um aumento da durabilidade das células solares de perovskita fabricadas e medidas em condições ambientes”, resume Polo.

De acordo com ele, isso ocorre porque a adição de formamidínio gera um aumento no tamanho dos grãos que formam a estrutura cristalina da perovskita, reduzindo a extensão total das bordas. Como as bordas são pontos de acúmulo de umidade, a perovskita sofre uma menor degradação e a célula solar mantém o seu bom desempenho por mais tempo.

A pesquisa, conduzida durante o doutorado de Lucas Polimante, abre perspectivas para desenvolver células solares de perovskita mais duráveis que possam ser produzidas com custos menores em condições mais amigáveis ao ambiente industrial.

Além de FAPESP e Shell, o grupo contou com financiamento do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), bem como suporte estratégico da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP).

O artigo Enhancing the stability of methylammonium-based perovskite solar cells prepared in ambient conditions by adding formamidinium cations pode ser lido em: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0927024825001230?via%3Dihub.

* Com informações de Veronica Savignano, do CINE.