Células solares fotovoltaicas de Perovskita: Futuro ou apenas um Sonho?

Células solares fotovoltaicas de Perovskita, serão o futuro da energia solar, ou tudo não passará de um sonho?

Os painéis solares têm vindo a ser revolucionados, muito devido às novas tecnologias, nomeadamente das células fotovoltaicas à base de Perovskita. Mas será que estas são o futuro da energia solar, ou apenas um sonho cientifico? Será que elas conseguem mesmo substituir o silício no futuro?

Nos últimos anos temos vindo a assistir à mudança de paradigma no consumo de combustíveis fósseis. Passou a apostar-se mais nas energias renováveis, para baixar as emissões de gases com efeito de estufa.

Os países passaram a investir mais na energia solar, tendo-se aumentado cerca de 40% na transformação da luz solar em eletricidade, ao longo destes últimos anos. Infelizmente em Portugal essa tendência ainda é diminuta, quase residual, mesmo com a redução do preço dos painéis solares, em 2018 apenas 1,5% da eletricidade consumida proveio da energia solar.

Painéis fotovoltaicos em Portugal

95% dos painéis fotovoltaicos que vemos instalados têm por base células solares de silício, um material que é abundante na crosta terrestre, e que possibilita tirar um rendimento da luz solar de 27%, mas que na realidade têm uma eficiência de apenas 17%.

Nos últimos anos assistiu-se a uma redução no preço destes painéis solares fotovoltaicos, mas também em conta as suas limitações. É que o silício não é o material mais indicado para absorver a luz solar e para produzir tais células são necessárias temperaturas elevadas, mais de 1000ºC (só assim se consegue um elevado grau de pureza de silício).

Devido a essas limitações e baixa eficiência na realidade, pois em laboratório é de 27%, foram desenvolvidos esforços para novos materiais, tendo um desses sido a Perovskita!

Células solares fotovoltaicas de Perovskita

Estas novas células solares vieram revolucionar a comunicada cientifica. Chamam-se células de Perovskita devido à estrutura dos átomos ou moléculas dos cristais que é ABX3.

Significa que tem 3 componentes diferentes, organizados de modo cúbico. Em que um dos átomos, a, fica nos vértices do cubo, o B no centro e o X no centro de cada face do cubo. Esta é uma estrutura conhecida e usada em vários dispositivos, mas aplicado às células solares é relativamente recente!

Um pouco de história sobre o desenvolvimento das células de Perovskita… em 2009 tinham uma eficiência de apenas 3.8%, contrastando com os atuais 25.2% (conseguido pelo MIT). Nas células de silício levaram 50 anos até ter a atual eficiência (27%). Mas como nas células Perovskita conseguiram esses valores de eficiência em tão pouco tempo, foram criados grupos de trabalho dedicados ao desenvolvimento da Perovskita.

Vantagens das células solares de Perovskita

Têm grandes vantagens especialmente na produção e versatilidade de aplicações.

Requerem assim tecnologias mais simples e adaptadas à produção em larga escala, como impressão, spray ou revestimento por imersão de materiais, além de tratamentos térmicos a baixas temperaturas (200ºC, contrastando com os 1000ºC do silício).

Como permitem baixar os custos, podem ainda ser integradas em vários produtos, sendo assim flexíveis.

Se pensarmos ainda no facto de serem semi transparentes, pode-se aplicar a Perovskita a outros tipos de superfícies e materiais, como janelas, fachadas de edifícios, veículos elétricos, mobiliário urbano ou mesmo em equipamentos de desporto como mochilas ou tendas!

Principal desvantagem das células solares de Perovskita

Com tantos benefícios, porque não está esta tecnologia já disseminada no mercado? É que tem 2 grandes pontos negativos…

Internamente na estrutura da Perovskita, no centro do cubo, está o chumbo, que é o elemento que permite obter estes valores de eficiência. Mas como o chumbo é considerado um material tóxico, na União Europeia, desaconselha-se o uso dele e como tal, há que encontrar um substituto adequado para o chumbo!

(já foram testados o estanho ou estrôncio, mas as eficiências ficam muito abaixo do esperado, 10%)

O outro problema é da molécula presente nos vértices do cubo. Um catião de metilamónio (CH3NH3+), que é instável, especialmente em ambientes húmidos e temperaturas acima de 80ºC. Facto que faz com que a eficiência da célula se degrade com o tempo, especialmente no exterior.

Estes são os 2 pontos negativos responsáveis pela não aposta nas células solares de Perovskita no mercado das energias renováveis. Mas há empresas, como a Saule Technologies que contam lançar produtos no mercado, à base de Perovskita, nos primeiros meses de 2020!

Outras aplicações da Perovskita no futuro

Com as limitações existentes na aplicação da Perovskita aos painéis fotovoltaicos, há quem se tenha voltado para outros mercados. Assim há equipas de desenvolvimento de produtos à base de Perovskita como sensores de luz, LEDs, transístores ou mesmo lasers. Produtos que têm atualmente por base o silício, mas que podem ser trocados por Perovskita.

Outra possibilidade em aberto, é combinar os dois materiais… Perovskita com silício. Será tal possível? Seriam assim células duplas, e há experiencias em que já se atingiram valores de eficiência de 28% (a Oxford PV) e espera-se chegar brevemente aos 30%!

O futuro passa pela Perovskita?

Sem dúvida que sim! O futuro parece brilhante apostando na Perovskita para produzir energia renovável, mas há que resolver os dois grandes problemas que não estão a permitir a massificação deste material na produção da energia solar!