Clulas solares de perovskita atingem vida til de 30 anos

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Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 21/06/2022

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Prottipos das clulas solares de perovskita (pequenas faixas pretas) encapsuladas para os testes de durabilidade.
[Imagem: Bumper DeJesus]

Clulas solares de perovskita

As clulas solares de perovskita so flexveis, transparentes e muito mais baratas que as clulas fotovoltaicas tradicionais, base de silcio, que so ainda rgidas e opacas.

O problema que essas clulas tinham pouca durabilidade em condies reais de operao, inviabilizando seu uso comercial.

Agora, Xiaoming Zhao e seus colegas da Universidade de Princeton, nos EUA, fabricaram clulas solares de perovskita que passaram no teste simulado de durabilidade de 30 anos, uma vida til mais do que suficiente para que essas clulas cheguem ao mercado.

E as clulas mostraram-se no apenas altamente durveis, como tambm atenderam aos padres comuns de eficincia – a primeira dessa classe a rivalizar com o desempenho das clulas base de silcio.

A perovskita original um xido de clcio e titnio (CaTiO3), mas a facilidade de ajustar suas propriedades fez surgir uma classe de diversos materiais semicondutores que apresentam a mesma estrutura cristalina da perovskita original: So substncias constitudas por dois ctions (ons positivos) de diferentes tamanhos, descritos pela frmula molecular ABX3, na qual A e B representam os ctions e X representa halognios.

Vida til simulada

Ao contrrio do silcio, as perovskitas so notoriamente frgeis. E, embora sua eficincia na converso de energia tenha acelerado em um ritmo notvel na ltima dcada, a estabilidade desses dispositivos vinha melhorando muito mais lentamente.

Zhao conseguiu superar esse desafio construindo camadas que protegem a parte ativa da clula solar.

Ele desenvolveu uma camada de cobertura ultrafina entre dois componentes cruciais: A camada absorvente de luz de perovskita e uma camada transportadora das cargas eltricas, feita de sal cprico e outras substncias. O resultado que, alm de bater o recorde de eficincia, o semicondutor no queima mais em questo de semanas ou meses, como acontecia at agora.

Para simular a vida til da clula solar, foi necessrio desenvolver um novo processo de envelhecimento rpido, o que foi feito iluminando a clula solar e simultaneamente submetendo-a ao calor, acelerando o que aconteceria naturalmente ao longo de anos de exposio ao Sol. Os pesquisadores escolheram quatro temperaturas de envelhecimento e mediram os resultados nesses quatro fluxos de dados diferentes, desde a temperatura de referncia de um dia tpico de vero at um extremo de 110 C.

“A vida til que queremos de cerca de 30 anos, mas voc no pode levar 30 anos para testar seu dispositivo,” disse Zhao. “Ento, precisamos de alguma forma de prever esta vida dentro de um prazo razovel. por isso que este envelhecimento acelerado muito importante.”

A equipe ento extrapolou os dados combinados e previu o desempenho do dispositivo temperatura ambiente ao longo de dezenas de milhares de horas de iluminao contnua. Os resultados mostraram que as novas clulas solares de perovskita devero se manter acima dos 80% de eficincia mxima sob iluminao contnua por pelo menos cinco anos a uma temperatura mdia de 35 C.

Como no existe iluminao contnua sob o Sol, a equipe afirma que esses resultados de laboratrio equivalem a uma operao normal de 30 anos.

Bibliografia:

Artigo: Accelerated aging of all-inorganic, interface-stabilized perovskite solar cells
Autores: Xiaoming Zhao, Tianran Liu, Quinn C. Burlingame, Tianjun Liu, Rudolph HolleyIII, Guangming Cheng, Nan Yao, Feng Gao, Yueh-Lin Loo
Revista: Science
DOI: 10.1126/science.abn5679

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