A perovskita supera um teste crucial: 1.000 horas de calor e umidade com apenas 5% de perda

As células solares de perovskita têm muitos argumentos para ganharem espaço na energia fotovoltaica: uma alta capacidade de converter luz em eletricidade, possibilidades de fabricação a baixo custo e designs leves. Mas há uma pergunta que continua a condicionar seu futuro: por quanto tempo elas conseguem manter esses desempenhos quando saem do laboratório e são expostas ao calor e à umidade.

Investigadores do Instituto de Pesquisa Energética da Coreia do Sul, KIER, em colaboração com a universidade UNIST, apresentaram um avanço voltado exatamente para esse ponto fraco. Sua proposta modifica o processo de fabricação para eliminar componentes que inicialmente ajudam no funcionamento da célula, mas que posteriormente podem acelerar seu desgaste.

O resultado são células que mantêm 95% de sua eficiência inicial após 1.000 horas a 85 °C e 85% de umidade relativa. O estudo, publicado na Advanced Science, especifica que o teste foi realizado com dispositivos encapsulados, ou seja, dotados de proteção contra o ambiente. Trata-se de um dado relevante para interpretar corretamente a abrangência do teste. Wiley Online Library

Aqueles 95% também não significam que elas convertam em eletricidade quase toda a luz recebida. Eles indicam quanto desempenho elas mantêm em relação ao início do teste. A maior eficiência de conversão alcançada com o novo processo foi de 25,24%, em comparação com 25,21% das células de referência fabricadas pelo método convencional com aditivos. A diferença é mínima: o importante é melhorar a resistência sem abrir mão da eficiência.

Eliminar o lítio residual para reduzir a degradação

A pesquisa foca na chamada camada de transporte de lacunas, uma das partes responsáveis por extrair as cargas elétricas geradas quando a luz atinge a célula. Em determinadas arquiteturas de perovskita, essa camada utiliza sais de lítio e aditivos para melhorar suas propriedades elétricas. O problema é que alguns desses ingredientes também contribuem para reduzir sua estabilidade.

Quando a temperatura e a umidade aumentam, os aditivos podem evaporar-se e deixar pequenos espaços vazios na película. Esses defeitos prejudicam o contato entre as camadas e facilitam a perda de suas propriedades. Além disso, os íons de lítio podem se deslocar para o interior do dispositivo, causando danos adicionais. O que ajuda a obter um bom resultado inicial acaba se tornando um problema de durabilidade.

A solução desenvolvida pela equipe consiste em aproveitar as reações necessárias durante a preparação da mistura e remover posteriormente os componentes que podem ser prejudiciais. Para isso, utiliza óxido de níquel, NiOx, que atua como catalisador e permite capturar os íons de lítio presentes na solução utilizada para fabricar essa camada.

Após a conclusão da reação, a mistura passa por um processo de filtragem. As partículas de óxido de níquel ficam retidas juntamente com os íons de lítio aderidos a elas. Dessa forma, o catalisador cumpre sua função durante a preparação, mas é removido antes da formação da camada final. O método também permite dispensar o aditivo tBP utilizado nas fórmulas convencionais.

A ideia é interessante porque aborda a origem de parte da degradação. Além de proteger a célula do ambiente externo por meio do encapsulamento, busca tornar sua própria composição mais estável. Os resultados mostram que é possível remover esses ingredientes sem sacrificar a capacidade de converter luz solar em eletricidade.

Para os pesquisadores, esse avanço também pode ser útil nas células solares em tandem, que utilizam materiais capazes de aproveitar diferentes partes do espectro solar. A perovskita oferece possibilidades nessas configurações, mas aumentar a produção de eletricidade tem pouco valor comercial se essa vantagem desaparecer muito cedo devido à degradação.

Claro, superar um teste de calor e umidade não equivale a demonstrar décadas de funcionamento em um telhado. As 1.000 horas são uma prova de resistência sob condições específicas, e não podem ser convertidas diretamente em anos de vida útil. Também é preciso verificar como esse processo pode ser aplicado a módulos de maior área e à produção industrial competitiva.

O resultado indica uma melhoria de que a perovskita precisa tanto quanto dos recordes de eficiência: manter suas performances. Para quem instala painéis solares, o desempenho no primeiro dia é importante; a eletricidade que eles continuarão gerando muitos anos depois é ainda mais relevante.

Fonte | Advanced