Sustentabilidade
Avanços da IA em Energia Solar de Filme Fino ao Desbloquear a Estabilidade dos Perovskitas
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De Silício a Filmes Finos
Em nosso artigo “A Era Solar – Um Futuro Brilhante para a Humanidade”, explicamos como o crescimento da energia solar estava iniciando uma revolução em nosso suprimento de energia, pelo menos a longo prazo.
Até agora, cerca de 90% dos painéis solares são fabricados usando tecnologia baseada em silício, com a grande maioria utilizando designs de policristal de silício, que substituíram os designs mais antigos de monossilício (silício monocristalino é mais durável, mas também menos eficiente em termos de custo).
Fonte: EIA
Uma alternativa são os perovskitas, também frequentemente chamados de células solares de filme fino, que capturam a energia do Sol graças à estrutura cristalina única do perovskita. (Outra forma de tecnologia de filme fino solar usa células de filme fino de telureto de cádmio.)
O termo filme fino vem da camada de material muito mais fina necessária para produzir eletricidade, resultando em células solares mais flexíveis e leves.
Perovskitas que ocorrem naturalmente são feitas de óxido de cálcio e titânio (CaTiO3), mas outros minerais podem ter a mesma estrutura cristalina com uma fórmula química que segue a regra “ABX3”.
Embora tenham um rendimento de conversão de energia muito alto, os perovskitas são menos duráveis que as células solares de silício, o que tem dificultado o uso prático e sua adoção comercial.
Pesquisadores da Chalmers University of Technology (Suécia) e da University of Birmingham usaram aprendizado de máquina para esclarecer a parte ausente do conhecimento teórico sobre a estrutura cristalina dos perovskitas, abrindo caminho para torná-los mais duráveis e, portanto, talvez a próxima geração de tecnologia fotovoltaica comercial.
Eles publicaram seus resultados no Journal of the American Chemical Society, sob o título “Revealing the Low-Temperature Phase of FAPbI3 Using a Machine-Learned Potential”.
Estabilidade do Perovskita de Formamidínio
Os pesquisadores trabalharam com um material chamado iodeto de chumbo formamidínio (FAPbI3). Ele é considerado um dos materiais de melhor desempenho no grupo de perovskitas halogenadas por suas propriedades promissoras para futuras tecnologias de células solares.
No entanto, o material geralmente não é estável o suficiente sob a luz solar para aplicação comercial, e parte da razão é que a fase de baixa temperatura do iodeto de chumbo formamidínio permanece pouco compreendida, até agora.
“A fase de baixa temperatura deste material tem sido por muito tempo uma peça faltante do quebra-cabeça de pesquisa e agora resolvemos uma questão fundamental sobre a estrutura desta fase.”
Modelagem Avançada de IA
Observações experimentais até agora não foram suficientes para entender a estrutura cristalina do FAPbI3. Simulações computacionais tradicionais, que tentam calcular e simular o comportamento dos átomos um a um, exigem supercomputadores poderosos e longos tempos de simulação.
Em vez disso, os pesquisadores usaram sua expertise em aprendizado de máquina para melhorar drasticamente a eficiência da simulação computacional.
“Ao combinar nossos métodos padrão com aprendizado de máquina, agora conseguimos executar simulações que são milhares de vezes mais longas do que antes.
E nossos modelos agora podem conter milhões de átomos em vez de centenas, o que os aproxima do mundo real,”
Transições de Fase Cristalina em FAPbI3
Dependendo da temperatura, o FAPbI3 pode assumir diferentes estruturas cristalinas: cúbica a 300 K (27 °C / 80 °F), tetragonal abaixo de 285 K (12 °C / 53 °F) e ainda desconhecida a 140 K (-133 °C / -207 °F).
Eles descobriram que sua simulação previu que o material pode ser colocado em um estado semi‑estável quando resfriado.
Eles então testaram na vida real a -200 °C / -328 °F, para confirmar que a simulação prevê com precisão o comportamento dos cristais de perovskita, especialmente nesta condição ainda não comprovada.
O modelo funcionou principalmente com quase perfeita previsão para o movimento dos átomos de carbono, e uma previsão suficientemente precisa para os átomos de nitrogênio.
Aplicações da Pesquisa de Perovskita Potenciada por IA
Este modelo é o primeiro a prever com boa precisão todas as estruturas cristalinas deste material perovskita. Também é muito menos intensivo em termos de requisitos computacionais, tornando‑o utilizável por quase qualquer equipe de pesquisa no mundo. Portanto, pode acelerar drasticamente o progresso desta tecnologia.
A estrutura cristalina e sua estabilidade são as pedras angulares para tornar o perovskita mais durável, e também são fundamentais para torná‑lo comercialmente viável.
“Esperamos que as percepções que obtivemos das simulações possam contribuir para como modelar e analisar materiais de perovskita halogenada complexos no futuro,”
A energia solar de filme fino, sendo mais flexível, pode ser implantada em muito mais contextos do que os painéis solares tradicionais. Eles também são muito mais leves.
Então, se o perovskita puder ser usado comercialmente, poderíamos começar a utilizá‑lo na superfície de edifícioss, carros, telhados, celulares, etc., fornecendo energia abundante sem a necessidade de dedicar terras a grandes fazendas solares.
O amidínio parece a direção correta para esta tecnologia, com outros relatórios indicando que um revestimento protetor de amidínio pode aumentar radicalmente a vida útil das células solares de filme fino. Nanopartículas de alumina também poderiam aumentar a vida útil das células solares de perovskita em 10 vezes. Alumina nanoparticles could also boost perovskite solar cell lifespan 10x.
Muito provavelmente, uma combinação de várias dessas tecnologias surgirá para criar uma célula solar de perovskita de filme fino ultra‑durável.
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| Tecnologia | Material | Potencial de Eficiência | Durabilidade | Prontidão Comercial |
|---|---|---|---|---|
| Silicon (mono/poly) | Crystalline silicon | 22–26% | Muito alta (25–30 anos) | Totalmente comercial |
| Cadmium Telluride | CdTe thin-film | 23–25% | Alta (30 anos, 89% de retenção) | Comercial (First Solar (FSLR )) |
| Perovskite (FAPbI3, amidinium) | Halide perovskites | >30% (tandem em escala de laboratório) | Atualmente baixa (degrada sob luz solar) | Pré‑comercial, fase de pesquisa |
Investindo em Inovação Solar
FSLR Gráfico de preços
A First Solar é a maior fabricante de painéis solares nos EUA e em todo o hemisfério ocidental, com sites de fabricação nos EUA, Malásia e Vietnã.
A empresa não utiliza a tecnologia clássica de silício cristalino e, em vez disso, usa suas fotovoltaicas de filme fino proprietárias.
Baseadas em telureto de cádmio, são mais eficientes, são produzidas a um custo menor e podem ser facilmente fabricadas em massa.
Fonte: Department Of Energy
Os painéis solares de filme fino de telureto de cádmio também são mais duráveis, retendo 89% do desempenho original após 30 anos.
Fonte: First Solar
Cádmio e telureto são subprodutos da mineração de outros metais, o que significa que os produtos da First Solar têm um impacto mínimo, usando recursos que antes tinham pouco uso. Os painéis de filme fino também podem ter uma alta taxa de reciclagem.
O foco da empresa na tecnologia de semicondutores de filme fino permite que ela seja totalmente verticalmente integrada, tornando‑a radicalmente diferente da indústria de painéis solares baseada em silício.
Em vez de múltiplas fábricas, com cada ator especializado em um segmento como purificação de policristal de silício, e com muitos dias para produzir uma célula solar, a First Solar pode passar de matérias‑primas ao produto acabado em menos de 4 horas.
Fonte: First Solar
A vantagem tecnológica da First Solar, combinada com sua localização geográfica, faz dela a provável beneficiária do crescente impulso dos países ocidentais para obter seus painéis de fora da China.
A empresa está aumentando rapidamente sua capacidade de produção, visando alcançar uma capacidade nominal de 25 GW até 2026, a partir dos atuais 11 GW.
A First Solar gastou um total de US$ 2 bilhões em P&D desde sua criação. As equipes de P&D da First Solar preveem um CdTe de filme fino com eficiência de célula de 25% e caminhos para 28% de eficiência de célula até 2030.
Considerando seu envolvimento na pesquisa discutida aqui, a empresa também demonstra claro interesse em perovskita, pelo menos assim que esses painéis forem suficientemente duráveis.
A longo prazo, a First Solar pretende integrar sua experiência com filme fino de telureto de cádmio à tecnologia de perovskita, tornando os painéis solares resultantes ainda mais eficientes.
Fonte: First Solar
No geral, a First Solar é uma líder tecnológica que deve se beneficiar das tarifas sobre importações chinesas, algo que provavelmente compensará o efeito negativo na indústria solar decorrente da reeleição de Trump.
Embora atualmente focada principalmente em energia solar de filme fino usando telureto de cádmio, sua expertise em fabricação de painéis solares não baseados em silício pode lhe dar uma vantagem significativa com perovskita, especialmente considerando seus fortes laços com alguns dos principais pesquisadores nesta área.
(Você também pode ler mais informações sobre a First Solar no relatório de investimento dedicado à empresa)
Últimas Notícias e Desenvolvimentos das Ações da First Solar (FSLR)
Estudo Referenciado
1. Sangita Dutta, Erik Fransson, Tobias Hainer, Benjamin M. Gallant, Dominik J. Kubicki, Paul Erhart, and Julia Wiktor. Revealing the Low-Temperature Phase of FAPbI3 Using a Machine-Learned Potential. Journal of the American Chemical Society. 14 de agosto de 2025. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c05265
