Nova pesquisa colaborativa pode criar aplicações de energia solar mais acessíveis e eficientes

Dec 02, 2023

Você sabia que a energia solar deverá representar mais da metade da nova capacidade de geração de eletricidade em 2023? À medida que as tecnologias avançam e pesquisas aprofundadas são executadas, a energia solar está se tornando mais acessível em todas as aplicações.

Em uma nova pesquisa inovadora, o distinto professor Jinsong Huang, do departamento de ciências físicas aplicadas, está avançando para melhorar a eficiência da energia solar.

As células solares de perovskita tornaram-se recentemente um dos caminhos mais promissores no futuro da energia solar. Essas células únicas têm uma estrutura chamada pino, que converte a luz solar em eletricidade utilizável, gerando uma corrente elétrica. No entanto, os materiais usados ​​para fazer interface com a camada inferior das células solares podem reduzir a eficiência, a estabilidade e o desempenho geral da célula solar.

Jinsong Huang (em pé); primeiro autor, Chengbin Fei (sentado)

Publicado na Science, a pesquisa de Huang e sua equipe trabalha para remediar esse problema. Como solução, a equipe adicionou moléculas chamadas moléculas de quelação de chumbo (LCMs) na camada de transporte de buracos (HTL), que interagem fortemente com o chumbo nas perovskitas. De acordo com Huang, essa interação melhorou o desempenho das células solares, aumentando a estabilidade e reduzindo os defeitos. Curiosamente, ele acrescenta que as moléculas de quelação de chumbo também são usadas como medicamentos para tratar a toxicidade do sangue, demonstrando amplo benefício em todas as disciplinas científicas.

A equipe então trabalhou para estabilizar a interface entre as camadas HTL e perovskita. Estabelecer melhores conexões nessa interface faz com que as camadas celulares tenham menos probabilidade de apresentar pontos fracos ou defeitos para que a célula solar funcione com mais estabilidade. É importante ressaltar que esse aprimoramento permite que a célula solar funcione com mais eficiência, convertendo mais luz solar em eletricidade utilizável.

Especificamente, a equipe fabricou "minimódulos" de perovskita para examinar a uniformidade da modificação no HTL. Os minimódulos com uma área de abertura de 26,9 centímetros quadrados têm uma eficiência de conversão de energia de 21,8% (estabilizada em 21,1%) certificada pelo NREL. Isso corresponde a uma eficiência mínima de célula pequena de 24,6% (estabilizada em 24,1%) em toda a área do módulo, demonstrando uma uniformidade muito boa. É importante ressaltar que o dispositivo passou no teste de umidade-calor, demonstrando sua capacidade de suportar altas temperaturas e umidade. Células de pequena área e minimódulos de grande área com LCMs no HTL tiveram uma estabilidade de absorção de luz de 3010 e 2130 horas, respectivamente, com uma perda de eficiência de 10% do valor inicial sob iluminação de 1 sol na condição de tensão de circuito aberto.

A pesquisa de Huang pode ter um impacto importante nas aplicações de energia sustentável e renovável, pois os cientistas buscam continuamente atender melhor às necessidades energéticas do mundo. Ao entender melhor como tornar os módulos solares de perovskita mais eficientes, estáveis ​​e econômicos, os cientistas podem aproveitar a energia solar para implementação em uma escala mais ampla.