Células solares de perovskita geram energia eficiente em ambientes internos

Ao centro, Francineide Lopes de Araújo, pós-doutoranda no CINE, exibindo uma célula solar em laboratório na Itália: mercado de fotovoltaicos para interiores foi avaliado em cerca de US$ 1,2 trilhão (foto: CINE/divulgação)

Agência FAPESP * – Pesquisadoras do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE), em colaboração com cientistas da Itália, desenvolveram células solares de perovskita que apresentam excelente desempenho para transformar luz artificial em eletricidade em ambientes internos. Esses dispositivos poderiam fornecer energia limpa e renovável para aparelhos usados dentro de residências, comércios ou indústrias, sem precisar de pilhas ou baterias.

O CINE é um Centro de Pesquisa Aplicada (CPA) constituído pela FAPESP e pela Shell em 2018. É sediado na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), Universidade de São Paulo (USP) e Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), com a participação de outras oito instituições brasileiras.

O mercado de fotovoltaicos para interiores foi avaliado em cerca de US$ 1,2 trilhão em 2023. Contudo, ambientes internos, com a sua baixa luminosidade, representam um desafio para as tecnologias fotovoltaicas convencionais, pois resultam em uma queda acentuada na eficiência dos dispositivos.

Neste trabalho, publicado na revista científica Nano Energy, os autores conseguiram superar esse desafio por meio do desenvolvimento de um tratamento de superfície inovador da camada principal das células solares, composta por um material do grupo das perovskitas. “Sob condições de iluminação interna (1000 lux, 500 lux e 200 lux), nosso tratamento reduz substancialmente os estados de armadilha interfacial, permitindo um desempenho em torno de 34% para módulos de perovskita de baixo bandgap”, diz Francineide Lopes de Araújo, pós-doutoranda no CINE com bolsa da FAPESP e autora principal do trabalho. “Esse desempenho está entre recordes de eficiência reportados na literatura.”

O tratamento consiste em depositar sobre a camada de perovskita uma mistura do sal orgânico PEAI com o aditivo DIO. Como resultado, uma camada bidimensional de perovskita se forma espontaneamente sobre a perovskita tridimensional, neutralizando seus defeitos superficiais e melhorando seu desempenho. “A mistura de PEAI:DIO melhora a passivação de defeitos, otimiza o alinhamento do dipolo interfacial e aprimora o transporte de carga. Por esse motivo foi possível obter dispositivos de alta performance”, especifica Araújo. Uma das vantagens do processo é que não utiliza tratamentos térmicos e, portanto, ocorre à temperatura ambiente.

Usando essa abordagem, os autores do trabalho fabricaram dispositivos em diferentes escalas: desde células solares de pequena área até módulos de até 121 cm², formados por até 15 subcélulas conectadas em série.

“A estratégia desenvolvida demonstra forte potencial competitivo com relação a outras metodologias de produção de células e módulos solares de perovskita, especialmente em termos da simplicidade de fabricação e do baixo impacto nos custos”, diz a pesquisadora, que desenvolveu o trabalho sob supervisão de Ana Flávia Nogueira, da Unicamp, e de Aldo Di Carlo, fundador e pesquisador do Centro de Energia Solar Híbrida e Orgânica (Chose) da Università degli Studi di Roma Tor Vergata (Itália).

O Chose é um dos principais centros de pesquisa em dispositivos fotovoltaicos de perovskita do mundo e conta com infraestrutura completa para a fabricação e caracterização de células, módulos e painéis.

A colaboração foi realizada durante estágio de pesquisa pós-doutoral que Araújo realizou em Roma entre 2022 e 2023, com bolsa da FAPESP. De acordo com ela, a infraestrutura do centro foi essencial para realizar experimentos avançados e validar os dispositivos desenvolvidos.

Os resultados da pesquisa reforçam a aplicabilidade da tecnologia fotovoltaica à base de perovskita ao viabilizar seu uso em dispositivos eletrônicos de baixa potência utilizados em ambientes internos. “Os avanços tecnológicos alcançados nesse trabalho contribuem para tornar as células solares de perovskita mais viáveis para aplicação em escala comercial”, conclui Araújo.

O artigo Empowering perovskite modules for solar and indoor lighting applications by 1,8-diiodooctane/phenethylammonium iodide 2D perovskite passivation strategy pode ser lido em: sciencedirect.com/science/article/pii/S221128552500638X.

* Com informações de Verónica Savignano, do CINE.