Aumentando a Viabilidade Real das Células Solares de Perovskita com Amidimium

Tornando a Melhor Tecnologia Solar Durável

A maioria dos painéis solares baseia‑se em duas tecnologias: polisilício, que constitui a maior parte deles, e telureto de cádmio em filme fino. No entanto, existe uma terceira forma de produzir sistemas fotovoltaicos, que utiliza um mineral chamado perovskita.

É feita de óxido de titânio e cálcio, e essa tecnologia fez um progresso massivo nos últimos anos. De protótipos de laboratório com apenas 3,8% de eficiência de conversão luz‑para‑energia em 2009, eles alcançaram 33,9% em 2024 para um design da LONGi Green Energy Technology.

No entanto, os painéis solares de perovskita têm um problema importante: durabilidade. A maioria das células solares de perovskita dura apenas alguns anos. Isso impede que sejam usadas em qualquer ambiente comercial, pois elimina a rentabilidade desses sistemas, mesmo com maior eficiência e menores custos de produção.

Portanto, enquanto não puderem comparar‑se à durabilidade de 2‑3 décadas do polisilício, as perovskitas estarão condenadas a aplicações de nicho e protótipos de laboratório, perdendo a maior parte da “nova era solar” que já está sobre nós.

É por isso que o anúncio de uma forma de melhorar a estabilidade da perovskita em 3 vezes é um grande acontecimento. Foi realizado por pesquisadores da Northwestern University (EUA), Griffith University (Austrália) e University of Toronto (Canadá), que publicaram suas descobertas na prestigiosa revista Science sob o título “Amidinação de ligantes para passivação química e de efeito de campo estabiliza células solares de perovskita”.

Vantagens das Perovskitas

As principais vantagens da perovskita são seu baixo custo e a possibilidade de “impressão” de células solares. Um grande impulsionador do custo reduzido é que ela pode ser produzida à temperatura ambiente, ao contrário do silício, que requer centenas de graus.

As células de perovskita também são flexíveis, abrindo novas aplicações como tetos de carros e drones. Elas também absorvem uma maior porção da luz solar, levando a uma eficiência teórica maior, de até 40%.

O titânio também é um metal relativamente abundante, portanto representa uma alternativa melhor ao silício do que o telureto de cádmio. No entanto, o potencial vazamento de metais pesados, notadamente o chumbo, é uma preocupação que também deve ser abordada.

Fonte: Research Gate

Também deve ser observado que as células em tandem de silício‑perovskita, como a desenvolvida pela LONGi, são uma opção em vez de sistemas exclusivamente de perovskita.

Protegendo as Perovskitas da Degradação

Normalmente, as células solares de perovskita utilizam uma camada de revestimento à base de amônio para melhorar a eficiência. Embora eficazes, as camadas à base de amônio degradam‑se sob estresse ambiental, incluindo calor e umidade. Isso ocorre porque a molécula de amônio tende a se decompor sob calor intenso e água.

Fonte: Frontiers

Isso, obviamente, está longe do ideal para a utilização real de painéis solares, que precisarão lidar com chuva e dias de verão quente.

É aqui que os pesquisadores deste estudo encontraram uma solução, usando outro tipo de composto à base de nitrogênio: amidínio. O amidínio é o íon formado a partir de amidinas.

Fonte: Wikipedia

Isso representa um afastamento da pesquisa anterior sobre perovskitas, que se concentrava em melhorar a estabilidade das próprias perovskitas. Em vez disso, este estudo tenta melhorar as camadas protetoras.

Melhoria Radical

Não apenas esta nova abordagem melhorou a resistência do revestimento sobre as células de perovskita, como também aumentou a durabilidade geral do painel solar.

“O novo revestimento foi 10 vezes mais resistente à decomposição comparado aos revestimentos convencionais à base de amônio. Ainda melhor: as células revestidas com amidínio também triplicaram a vida útil T₉₀ da célula — o tempo que leva para a eficiência de uma célula cair 90% do seu valor inicial quando exposta a condições adversas.”

Bin Chen –  Professor associado de pesquisa em química na Northwestern

Construindo Sobre Inovações Anteriores

Este não é de forma alguma a primeira descoberta desta equipe de pesquisa.

A equipe de outro coautor, Ted Sargent, desenvolveu em 2022 uma célula solar de perovskita que quebrou recordes de eficiência energética e tensão.

Em 2023, sua equipe introduziu uma célula solar de perovskita com estrutura invertida, que também melhorou sua eficiência energética. Eles também incorporaram cristais líquidos para minimizar os defeitos nas películas de perovskita, levando a um desempenho aprimorado do dispositivo.

Também deve ser observado que este estudo não foi realizado apenas por acadêmicos, mas contou com o apoio da empresa privada First Solar (FSLR ), e de instituições públicas como o Department of Commerce, o National Institute of Standards and Technology e o U.S. Department of Energy.

Investindo em Energia Solar

A produção de energia solar está crescendo constantemente a uma taxa de dois dígitos e será um motor chave para descarbonizar a economia. Ainda tem um caminho muito longo a percorrer, com a imensa maioria da nossa produção global de eletricidade, e ainda mais energia total, proveniente de combustíveis fósseis.

Ao longo dos anos, é um setor que evoluiu para recompensar as maiores empresas, com economias de escala sendo um fator chave para conseguir gerar lucro em um ambiente muito competitivo. Com, claro, novas tecnologias como um potencial disruptor dos fabricantes estabelecidos de painéis de polisilício.

Você pode investir em empresas solares através de muitas corretoras, e pode encontrar aqui, em securities.io, nossas recomendações para as melhores corretoras nos os EUA, Canadá, Austrália, o Reino Unido, bem como muitos outros países.

Se você não está interessado em escolher empresas solares específicas, também pode considerar ETFs como Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN), ou Global X China Clean Energy ETF (2809.HK) que proporcionarão uma exposição mais diversificada para capitalizar na indústria solar e de energia limpa.

Você também pode ler nosso artigo sobre “Top 10 Ações de Energia Solar para Investir”.

Empresa Solar

A First Solar é a maior fabricante de painéis solares nos EUA e em todo o hemisfério ocidental, com unidades de produção nos EUA, Malásia e Vietnã.

A empresa não utiliza a tecnologia clássica de silício cristalino e, em vez disso, usa seus fotovoltaicos de filme fino proprietários. Baseados em telureto de cádmio, são mais eficientes, produzidos a menor custo e podem ser facilmente fabricados em massa. Os painéis solares de filme fino também são mais duráveis, mantendo 89% do desempenho original após 30 anos.

Fonte: First Solar

O cádmio e o 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.

A vantagem tecnológica da First Solar, combinada com sua localização geográfica, a torna a provável beneficiária do crescente impulso dos países ocidentais para obter seus painéis 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.

Considerando seu envolvimento na pesquisa discutida aqui, a empresa também demonstra claro interesse em perovskita, pelo menos assim que esses painéis forem suficientemente duráveis. Comentou notavelmente em sua apresentação aos investidores que a perovskita deve ter uma \”linha de desenvolvimento pronta para produzir amostras tecnológicas simulando condições de fabricação no quarto trimestre de 2024\”.

A First Solar gastou um total de US$ 2 bi em P&D desde sua criação.

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 até agora focada principalmente em filme fino de cádmio telureto, 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.

Referência do Estudo:

^{1. Yang, Y., et al. (2024). Amidinação de ligantes para passivação química e de efeito de campo estabiliza células solares de perovskita. Science, 386(898–902). https://doi.org/10.1126/science.adr2091}