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Cientistas da Universidade Cornell resolvem maior problema das células solares de perovskita: a durabilidade.
Um grupo de cientistas da Universidade Cornell, nos Estados Unidos, desenvolveu uma tecnologia capaz de resolver um dos maiores desafios da energia solar: a fragilidade das células solares de perovskita.
A nova solução consiste em uma camada protetora bidimensional que não só protege a célula contra a degradação ambiental, como também permite alcançar eficiência recorde de 25,3% na conversão de luz solar em eletricidade.
Os resultados foram divulgados na revista científica Joule e marcam um avanço importante rumo à viabilização comercial dessa alternativa mais leve e ível ao silício tradicional.
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Proteção reforçada para a estrutura sensível da célula solar
As células solares de perovskita são vistas como a próxima geração da energia fotovoltaica, mas sua instabilidade sob luz, umidade e calor vinha limitando sua aplicação em escala industrial.
A inovação liderada pelo professor Qiuming Yu e pelo doutorando Shripathi Ramakrishnan introduz uma camada 2D que atua como uma espécie de escudo para a frágil estrutura 3D da célula solar.
Esse revestimento especial aumenta consideravelmente a durabilidade do material, fator essencial para aplicações reais em painéis solares.
Com essa proteção, os dispositivos resistem ao envelhecimento acelerado, mantendo 95% do desempenho mesmo após quase 50 dias em condições extremas que simulam o ambiente natural.
Abordagem química redefine estabilidade da perovskita
Até então, a maioria das tentativas de aprimorar a durabilidade das células solares de perovskita usava metilamônio (MA) como base estrutural.
Apesar de fornecer boa condutividade e eficiência, esse composto apresentava rápida degradação ao ser exposto à radiação solar.
“Com MA, você tem boa eficiência e transporte de carga, mas a célula solar se degrada rapidamente em algumas centenas de horas de operação contínua”, detalhou Ramakrishnan.
Para superar essa limitação, os cientistas recorreram ao formamidínio (FA), material mais resistente. No entanto, o tamanho maior do FA introduzia uma tensão interna que dificultava a formação de uma camada estável.
A solução encontrada foi usar ligantes orgânicos cuidadosamente escolhidos para alinhar a estrutura molecular da célula, sem causar distorções excessivas.
Compatibilidade de rede cristalina: a chave para o sucesso
O conceito de “compatibilidade de rede cristalina” foi essencial para o desenvolvimento dessa célula solar de nova geração. A ideia era balancear forças opostas: enquanto o FA tende a expandir a rede da estrutura, o ligante 2D tende a comprimí-la.
Ao selecionar um ligante que não impusesse uma compressão excessiva, a equipe conseguiu acomodar o cátion FA de maneira estável e funcional.
“A ideia básica é que um ligante em um perovskita 2D tenta encolher a rede, enquanto o cátion da gaiola FA trabalha para aumentá-la, e você tem essas duas forças opostas em ação. Escolhemos especificamente um ligante que não comprime demais a gaiola, permitindo uma leve expansão para acomodar o cátion FA maior”, explicou Ramakrishnan.
Testes de laboratório confirmam alta eficiência e resistência
A nova configuração foi analisada com técnicas avançadas, como difração de raios X por sincrotron e mapeamento de fotoluminescência.
Os resultados confirmaram o alto desempenho do dispositivo, que não apenas resistiu às adversidades ambientais, mas também apresentou excelente capacidade de conversão energética.
Segundo os cientistas, esse modelo de célula solar de perovskita alcançou eficiência de 25,3%, índice altamente competitivo até mesmo frente às células de silício comerciais mais modernas.
Energia solar mais ível e sustentável no horizonte
Para o professor Yu, a descoberta pode acelerar significativamente o avanço das tecnologias fotovoltaicas:
“O silício levou cerca de 50 anos para chegar onde estamos com a energia solar. A perovskita ainda não teve 50 anos, mas podemos acelerar esse progresso entendendo-a em nível molecular e aplicando o que aprendemos.”
Com essa inovação, as células solares de perovskita se tornam uma alternativa ainda mais promissora para diversificar a matriz energética global.
