Células solares de perovskitas prometem irromper o mercado da energia em um futuro próximo. Contudo, para que isso aconteça, alguns desafios ainda precisam ser superados. Um deles é a produção desses dispositivos em escala industrial. De fato, até o momento, não há processos que reúnam todas as condições necessárias para que a fabricação industrial dessas células solares se torne viável.

Agora, um desenvolvimento realizado por pesquisadores do CINE e colaboradores deu um importante passo nesse sentido. A pesquisa foi reportada em artigo destacado em capa do periódico Industrial & Engineering Chemistry Research (ACS Publications). “Na nossa pesquisa nós realizamos o processo de fabricação de células solares de perovskitas utilizando modificações que poderiam ser facilmente aplicáveis em uma futura produção desses dispositivos em um ambiente industrial”, resume Adriano dos Santos Marques, primeiro autor do trabalho, o qual foi desenvolvido durante seu doutorado na Unicamp.

As células solares de perovskitas são formadas por um “sanduíche” de camadas de diferentes materiais. As camadas principais são a fotoativa, formada por um filme de perovskita que absorve a luz do sol e a converte em cargas elétricas, e as camadas de transporte, que conduzem essas cargas até os eletrodos.

Para a produção industrial desses dispositivos, o desafio principal é encontrar processos que gerem filmes de perovskitas homogêneos e sem defeitos. Métodos desse tipo, principalmente o spin coating, funcionam muito bem em escala laboratorial, mas não são escaláveis. Por outro lado, técnicas capazes de produzir filmes maiores e em grandes quantidades não geram os melhores filmes de perovskita…

Dessa forma, neste novo trabalho, os pesquisadores partiram de uma técnica escalável, conhecida como blade coating, e a otimizaram para poder obter perovskitas com a qualidade necessária para compor células solares com boa eficiência na conversão de energia .

Tal como o nome sugere, a técnica se baseia na ação de uma lâmina que, movimentada por um braço mecânico, espalha uniformemente uma solução sobre um substrato, formando um filme úmido. A espessura do filme é determinada por diversos fatores: concentração da solução, velocidade da movimentação da lâmina e tamanho do vão entre a lâmina e o substrato. Para fazer filmes de perovskitas, a solução utilizada deve conter os elementos que depois formarão a perovskita (chamados de precursores) e o solvente. Ao evaporar o solvente, o composto solidifica, formando os cristais típicos da estrutura das perovskitas.

E é nessa etapa que se encontra o maior desafio da fabricação destas células solares: dominar a cristalização da perovskita. De fato, quando a cristalização é lenta, os filmes ficam mais defeituosos. O problema pode ser contornado aumentando a temperatura do processo. Porém, essa solução gera um consumo maior de energia e impede o uso de materiais flexíveis como substrato do filme, já que eles se deformam com o calor.

Considerando esses fatores, os pesquisadores do CINE mantiveram uma temperatura de deposição baixa (de 50 °C) e fizeram ajustes na composição da solução, trocando os solventes e precursores e regulando a proporção entre ambos. Depois de várias tentativas, os autores conseguiram gerar filmes de perovskitas com a qualidade desejada. E mais, eles conseguiram usar o mesmo processo de blade coating em baixa temperatura para produzir as camadas de transporte de cargas. Dessa forma, foi possível utilizar materiais que já são empregados na indústria de células solares orgânicas. As células solares montadas com essas camadas atingiram uma eficiência de 14,3% – resultado bastante positivo para um processo que reuniu, pela primeira vez, tantas condições compatíveis com o ambiente da indústria fotovoltaica.

Referência do artigo científico: Low-Temperature Blade-Coated Perovskite Solar Cells. Adriano S. Marques, Roberto M. Faria, Jilian N. Freitas, and Ana F. Nogueira. Ind. Eng. Chem. Res. 2021, 60, 19, 7145–7154. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c00789.

Link para a capa: https://pubs.acs.org/toc/iecred/60/19