Avanço em novo material para aproveitar a energia solar

A maneira mais acessível e eficiente de aproveitar a fonte de energia renovável mais limpa e abundante do mundo está um passo mais próxima da realidade.

O físico da Universidade de Toledo, empurrando o desempenho das células solares para níveis nunca antes alcançados, fez um avanço significativo na fórmula química e processo para fazer o novo material.

Trabalhando em colaboração com o Laboratório Nacional de Energia Renovável do Departamento de Energia dos Estados Unidos e a Universidade do Colorado, Dr. Yanfa Yan, professor de física da UToledo, prevê que o material de altíssima eficiência chamado célula solar de perovskita tandem esteja pronto para estrear na íntegra. painéis solares dimensionados no mercado consumidor no futuro próximo.

As perovskitas, materiais compostos com uma estrutura cristalina especial formada através da química, substituiriam o silício, que – por enquanto – continua sendo o material escolhido pelas células solares para converter a luz do sol em energia elétrica.

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“Estamos produzindo células solares de menor eficiência e baixo custo que mostram uma grande promessa de ajudar a resolver a crise energética mundial”, disse Yan. 

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“O trabalho significativo ajudará a proteger nosso planeta para nossos filhos e futuras gerações. Temos um problema que consome a maior parte das energias fósseis agora, e nossa equipe colaborativa está focada em refinar nossa maneira inovadora de limpar a bagunça.”

Foto: Reprodução

O novo trabalho de pesquisa, publicado na revista Science , descreve como a equipe fotovoltaica está ajustando um mix de chumbo e estanho para avançar a tecnologia mais próxima de sua eficiência máxima. Os esforços atualmente trouxeram a eficiência da nova célula solar para cerca de 23%. Em comparação, os painéis solares de silício no mercado hoje têm cerca de 18% de eficiência.

Os cientistas usaram um composto químico chamado tiocianato de guanidínio para melhorar drasticamente as propriedades estruturais e optoeletrônicas dos filmes misturados de perovskita de chumbo-estanho.

“A Science é o principal periódico acadêmico do mundo, junto com a Nature , que publicou outra pesquisa do Dr. Yan há apenas cinco meses, depois que descobriu um único material que produz luz branca, o que poderia aumentar a eficiência e o apelo das lâmpadas LED.”

Sanjay Khare, professor e presidente do Departamento de Física e Astronomia da UToledo, disse. “Seu trabalho significativo de sustentabilidade na Universidade de Toledo pode ajudar a alimentar o mundo usando energia limpa.”

Foto: Reprodução

Cerca de cinco anos atrás, a equipe de Yan na UToledo identificou as propriedades ideais das perovskitas e desde então ele focou seus 20 anos de experiência na produção de uma célula solar tandem totalmente perovskita que reúne duas células solares diferentes para aumentar a energia elétrica total gerada usando dois diferentes partes do espectro do sol.

No mês passado, o Departamento de Energia dos EUA concedeu a Yan uma doação de US $ 1,1 milhão para continuar sua pesquisa em colaboração com o Laboratório Nacional de Energia Renovável.

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“Este é o material que estamos esperando há muito tempo”, disse Yan.

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Ele enfatizou:  “A indústria solar está observando e esperando. Alguns já começaram a investir nessa tecnologia.”

Yan é um especialista em teoria da física de defeitos e propriedades eletrônicas em semicondutores, síntese de materiais e fabricação de células solares de película fina.

“Nossa pesquisa da UToledo está em andamento para produzir células solares mais baratas e eficientes que possam rivalizar e até superar a tecnologia fotovoltaica de silício predominante”, disse o Dr. Zhaoning Song, professor assistente de pesquisa no Departamento de Física e Astronomia da UToledo e co-autor do estudo.

 “Nossas células solares em série com duas camadas de perovskitas proporcionam alta eficiência de conversão de energia e têm o potencial de reduzir os custos de produção de painéis solares, o que é um avanço importante em energia fotovoltaica.”

Enquanto a equipe de Yan melhorou a qualidade dos materiais e o processo para fabricá-los a um baixo custo, mais progresso precisa ser feito.

“O custo do material é baixo e o custo de fabricação é baixo, mas a vida útil do material ainda é desconhecida”, disse Song. “Precisamos continuar aumentando a eficiência e a estabilidade”.

“Além disso, o chumbo é considerado uma substância tóxica”, disse Yan. “Estou determinado a trabalhar com a indústria solar para garantir que os painéis solares feitos com este material possam ser reciclados para que não causem danos ao meio ambiente”.


Com informações: Science Daily /  Revista Science / UToledo

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