Tornar as células solares de perovskite finalmente resistentes às intempéries e adequadas para utilização prática
Investigadores da TUM descobrem como as células solares envelhecem e desenvolvem uma solução
Anúncios
As células solares de perovskite são uma das tecnologias mais promissoras para tornar a energia solar mais barata e mais eficiente. Trabalhando com parceiros do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT), do DESY (Deutsches Elektronen-Synchroton) e do Instituto Real de Tecnologia KTH, em Estocolmo, a equipa descobriu os mecanismos microscópicos subjacentes à deterioração do material devido às oscilações de temperatura e desenvolveu uma estratégia para a evitar. A sua abordagem centra-se na estabilização da frágil estrutura cristalina com "âncoras" moleculares especialmente concebidas para o efeito.
As células solares de perovskite são uma das tecnologias mais promissoras para tornar a energia solar mais barata e mais eficiente. Trabalhando com parceiros do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT), do DESY (Deutsches Elektronen-Synchroton) e do Instituto Real de Tecnologia KTH, em Estocolmo, a equipa descobriu os mecanismos microscópicos subjacentes à deterioração do material devido às oscilações de temperatura e desenvolveu uma estratégia para a evitar. A sua abordagem centra-se na estabilização da frágil estrutura cristalina com "âncoras" moleculares especialmente concebidas.
Para além do laboratório: Sobrevivência no mundo real
Para atingir os objectivos climáticos do futuro, as células solares têm de durar décadas. Embora as perovskitas tenham atingido eficiências recorde na conversão da luz solar em eletricidade, enfrentam um inimigo brutal na natureza: mudanças extremas de temperatura. Os especialistas chamam a isto ciclagem térmica. Num único dia, um painel solar pode oscilar entre noites geladas e calor abrasador. Estas condições do mundo real, aquecimento e arrefecimento repetidos, podem desencadear uma fase inicial de degradação em que as células solares de perovskite podem perder o seu desempenho relativo.
"Peter Müller-Buschbaum, Presidente da Cátedra de Materiais Funcionais da Escola de Ciências Naturais da TUM e membro do Cluster de Excelência em e-conversão. A sua equipa de investigação trabalha neste desafio e identificou as causas microscópicas desta instabilidade. Desenvolveram novas estratégias de conceção para tornar a camada superior das células solares em tandem mais robusta, permitindo-lhes resistir às condições do mundo real. As células solares em tandem são constituídas por células solares empilhadas (duas no mínimo) e, por conseguinte, aproveitam melhor a luz solar.
A fase de "queima" descodificada
Num estudo publicado na revista Nature Communications, o autor principal, Dr. Kun Sun, da Cátedra TUM de Materiais Funcionais, e a sua equipa investigaram as chamadas células de banda larga de alta eficiência - as células superiores de uma célula solar em tandem. Utilizando medições de raios X de alta resolução no DESY, a equipa observou o material a "respirar" em tempo real durante as rápidas mudanças de temperatura; a rede expandiu-se e contraiu-se periodicamente em resposta às rápidas flutuações de temperatura.
A descoberta foi surpreendente: a degradação ocorre numa fase inicial massiva de "burn-in", em que as células podem perder até 60% do seu desempenho relativo. "Revelámos que é um cabo de guerra microscópico que desencadeia esta perda", explica o Dr. Kun Sun. "Surgem tensões no interior do material e a sua estrutura altera-se, o que custa energia". Esta descoberta dá aos engenheiros um objetivo claro: se conseguirmos eliminar o burn-in, podemos desbloquear a estabilidade a longo prazo.
Conceber a "âncora perfeita"
Como é que impedimos que o material se desfaça? Num segundo artigo publicado na ACS Energy Letters, os investigadores relataram como estabilizar o material cristalino sensível. Utilizaram moléculas orgânicas especiais que actuam como espaçadores, mantendo a estrutura unida - como um andaime molecular.
Comparando diferentes espaçadores, os investigadores descobriram um vencedor: enquanto os espaçadores comuns levaram à rutura estrutural, a molécula orgânica mais volumosa PDMA actuou como uma âncora superior. O resultado é uma célula solar significativamente mais robusta que se mantém estável mesmo sob o stress mecânico do aquecimento e arrefecimento rápidos.
"O futuro da energia fotovoltaica é o tandem", afirma o Prof. Peter Müller-Buschbaum. Peter Müller-Buschbaum. "Ao compreendermos esta mecânica microscópica, estamos a preparar o caminho para uma nova geração de módulos solares que são simultaneamente altamente eficientes e suficientemente duráveis para décadas de utilização no exterior."
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Outras notícias do departamento ciência
