A maioria das células solares hoje éfeita com sila­cio refinado que transforma a luz do sol em eletricidade limpa. Infelizmente, o processo de refino de sila­cio estãolonge de ser limpo, exigindo grandes quantidades de energia de usinas de emissão de carbono.

Para uma alternativa mais ecola³gica ao sila­cio, os pesquisadores se concentraram nas perovskitas de filme fino - células solares flexa­veis e de baixo custo que podem ser produzidas com o ma­nimo de energia e praticamente nenhuma emissão de CO 2 .

Embora as células solares de perovskita sejam promissoras, desafios significativos precisam ser enfrentados antes que se tornem comuns, principalmente sua instabilidade inerente, que dificulta a fabricação em escala.

“A tecnologia solar perovskita estãoem uma encruzilhada entre a comercialização e a flimflammery”, disse o acadêmico de pa³s-doutorado da Universidade de Stanford Nick Rolston . “Milhaµes de da³lares estãosendo investidos em startups. Mas eu acredito fortemente que nos pra³ximos três anos, se não houver um avanço que estenda a vida das células, esse dinheiro comea§ara¡ a secar. ”

a‰ por isso que um novo processo de fabricação de perovskita desenvolvido em Stanford étão emocionante, disse Rolston. Em um novo estudo, publicado na edição de 25 de novembro da revista Joule , ele e seus colegas demonstram uma maneira ultrarrápida de produzir células de perovskita esta¡veis ​​e monta¡-las em ma³dulos solares que poderiam alimentar dispositivos, edifa­cios e atémesmo a rede elanãtrica.

“Este trabalho fornece um novo marco para a fabricação de perovskita”, disse o autor saªnior do estudo Reinhold Dauskardt , professor de Ruth G. e William K. Bowes na Escola de Engenharia de Stanford. “Isso resolve algumas das barreiras mais formida¡veis ​​para a fabricação em escala de ma³dulo com as quais a comunidade tem lidado hános.”

As células solares de perovskita são filmes finos de cristalino sintanãtico, feitos de produtos químicos baratos e abundantes como iodo, carbono e chumbo.

As células de filme fino são leves, dobra¡veis ​​e podem ser cultivadas em laboratórios ao ar livre em temperaturas próximas ao ponto de ebulição da a¡gua, muito longe dos fornos de 3.000 graus Fahrenheit (1.650 graus Celsius) necessa¡rios para refinar o sila­cio industrial.

Os cientistas desenvolveram células de perovskita que convertem 25% da luz do sol em eletricidade, uma eficiência de conversão compara¡vel ao sila­cio. Mas éimprova¡vel que essas células experimentais sejam instaladas em telhados tão cedo.

“A maior parte do trabalho realizado em perovskitas envolve áreas realmente minaºsculas de células solares ativas e utiliza¡veis. Eles são tipicamente uma fração do tamanho de sua unha mindinho ”, disse Rolston, que co-liderou o estudo com William Scheideler , ex-bolsista de pa³s-doutorado em Stanford agora no Dartmouth College.

As tentativas de fazer células maiores produziram defeitos e orifa­cios que diminuem significativamente a eficiência celular. E, ao contra¡rio das células de sila­cio ra­gidas, que duram de 20 a 30 anos, a perovskita de pela­cula fina eventualmente se degrada quando exposta ao calor e a  umidade.

“Vocaª pode fazer um pequeno dispositivo de demonstração no laboratório”, disse Dauskardt. “Mas o processamento convencional de perovskita não éescalona¡vel para uma fabricação rápida e eficiente.”

Para enfrentar o desafio da produção em grande escala, a equipe da Dauskardt implantou uma tecnologia patenteada recentemente inventada, chamada processamento de plasma por spray rápido.

Essa tecnologia usa um dispositivo roba³tico com dois bicos para produzir rapidamente filmes finos de perovskita. Um bico pulveriza uma solução la­quida de precursores químicos de perovskita em um painel de vidro, enquanto o outro libera uma explosão de gás ionizado altamente reativo conhecido como plasma.

“O processamento convencional requer que vocêcozinhe a solução de perovskita por cerca de meia hora”, disse Rolston. “Nossa inovação éusar uma fonte de plasma de alta energia para converter rapidamente a perovskita la­quida em uma canãlula solar de filme fino em uma única etapa.”

Usando o processamento de spray rápido, a equipe de Stanford foi capaz de produzir 12 metros de filme de perovskita por minuto - cerca de quatro vezes mais rápido do que o necessa¡rio para fabricar uma canãlula de sila­cio.

“Alcana§amos o maior rendimento de qualquer tecnologia solar”, disse Rolston. “Vocaª pode imaginar grandes painanãis de vidro colocados em rolos e continuamente produzindo camadas de perovskita em velocidades nunca alcana§adas antes.”

Além de uma taxa de produção recorde, as células de perovskita recanãm-criadas alcana§aram uma eficiência de conversão de energia de 18 por cento.

“Queremos tornar esse processo o mais aplica¡vel e amplamente útil possí­vel”, disse Rolston. “Um sistema de tratamento de plasma pode parecer sofisticado, mas éalgo que vocêpode comprar comercialmente por um custo muito razoa¡vel.”

A equipe de Stanford estimou que seus ma³dulos de perovskita podem ser fabricados por cerca de 25 centavos por péquadrado - muito menos do que os US $ 2,50 ou mais por péquadrado necessa¡rios para produzir um ma³dulo de sila­cio ta­pico.

As células solares de sila­cio são normalmente conectadas em ma³dulos encapsulados para aumentar sua produção de energia e resistir a condições climáticas adversas. Os fabricantes de perovskita tera£o que construir ma³dulos esta¡veis ​​e eficientes para serem comercialmente via¡veis.

Para esse fim, a equipe de Stanford criou com sucesso ma³dulos de perovskita que continuaram a operar com 15,5 por cento de eficiência, mesmo depois de serem deixados na prateleira por cinco meses.

Ma³dulos de sila­cio convencionais produzem eletricidade a um custo de cerca de 5 centavos por quilowatt-hora. Para competir com o sila­cio, os ma³dulos de perovskita teriam de ser encapsulados em uma camada a  prova de intempanãries que evitasse a entrada de umidade por pelo menos uma década. A equipe de pesquisa agora estãoexplorando novas tecnologias de encapsulamento e outras maneiras de melhorar significativamente a durabilidade.

“Se pudermos construir um ma³dulo de perovskita que dure 30 anos, poderemos reduzir o custo da eletricidade para menos de 2 centavos por quilowatt-hora”, disse Rolston. “Por aquele prea§o, podera­amos usar perovskitas para produção de energia em escala de serviço paºblico. Por exemplo, uma fazenda solar de 100 megawatts. ”