Um conjunto de pesquisas recentes est\u00e1 acelerando o desenvolvimento de c\u00e9lulas solares baseadas em materiais do grupo das perovskitas. Esses estudos monitoraram, em tempo real e de forma detalhada, as mudan\u00e7as que acontecem em filmes de perovskita ao longo de processos que influem na degrada\u00e7\u00e3o precoce desses materiais – um dos principais entraves para a comercializa\u00e7\u00e3o dessa tecnologia fotovoltaica emergente.<\/p>\n
As pesquisas, v\u00e1rias das quais foram realizadas no Brasil no contexto do CINE, se baseiam no uso de t\u00e9cnicas de an\u00e1lise de materiais denominadas \u201cin situ\u201d<\/em> e \u201coperando\u201d<\/em>. Em linhas gerais, os experimentos in situ<\/em> envolvem o estudo dos filmes de perovskita enquanto est\u00e3o se formando, sem retir\u00e1-los do seu ambiente de s\u00edntese. J\u00e1 os experimentos operando<\/em> se referem ao estudo desses filmes dentro de uma c\u00e9lula solar em funcionamento. Ambos os tipos de t\u00e9cnicas fornecem informa\u00e7\u00f5es valiosas para melhorar as propriedades das perovskitas e o desempenho das c\u00e9lulas solares.<\/p>\n Um artigo de revis\u00e3o<\/a> sobre esse assunto foi recentemente publicado, com destaque em capa, na Chemical Reviews<\/em>, revista cient\u00edfica de alt\u00edssimo fator de impacto (72,087) editada pela ACS Publications<\/em>. O review<\/em> reporta os resultados conseguidos at\u00e9 o momento com o uso de diversas t\u00e9cnicas in situ<\/em> e operando<\/em> no estudo de perovskitas. Os autores mostram como esses avan\u00e7os cient\u00edficos aceleraram o desenvolvimento da tecnologia, possibilitando, inclusive, produzir filmes de perovskita a partir de t\u00e9cnicas de fabrica\u00e7\u00e3o que podem ser levadas \u00e0 escala industrial. Em cerca de tr\u00eas semanas desde a sua publica\u00e7\u00e3o online, o review<\/em>, que tem 77 p\u00e1ginas e 418 refer\u00eancias, recebeu mais de 2.300 visualiza\u00e7\u00f5es. O artigo \u00e9 assinado por uma equipe de pesquisadores da Unicamp, LNLS – CNPEM e CTI Renato Archer (a maioria, membros do programa Portadores Densos de Energia do CINE) e um cientista da University of Colorado<\/em> (Michael Toney, que atua no Conselho Internacional do CINE).<\/p>\n \u201cNesta \u00e1rea de pesquisa muito competitiva, o fato de termos sido uns dos primeiros grupos a utilizar t\u00e9cnicas in situ<\/em> combinadas com luz s\u00edncrotron para estudar perovskitas foi importante para sermos hoje mundialmente reconhecidos, como atesta esta publica\u00e7\u00e3o na Chemical Review<\/em>\u201d, diz a professora Ana Flavia Nogueira<\/a> (Unicamp), autora correspondente do review<\/em>. A cientista, que \u00e9 diretora e pesquisadora do CINE, trabalha na \u00e1rea de energia fotovoltaica desde o mestrado e \u00e9 fundadora e coordenadora do Laborat\u00f3rio de Nanotecnologia e Energia Solar (LNES) da Unicamp.<\/p>\n Desafios<\/strong><\/p>\n As c\u00e9lulas solares de perovskita apresentam v\u00e1rias vantagens com rela\u00e7\u00e3o \u00e0s tecnologias baseadas em materiais de sil\u00edcio, que hoje dominam o mercado. Al\u00e9m de serem flex\u00edveis e transparentes, elas podem ser fabricadas por meio de processos simples que envolvem baixo custo e baixo impacto ambiental. Reportada pela primeira vez em 2009, a tecnologia apresentava, no in\u00edcio, uma efici\u00eancia muito baixa, de cerca de 4%, na convers\u00e3o da energia do Sol em eletricidade. Contudo, gra\u00e7as a avan\u00e7os cient\u00edficos realizados em diversos laborat\u00f3rios do mundo, a efici\u00eancia aumentou rapidamente at\u00e9 ultrapassar 25%, alcan\u00e7ando o n\u00edvel das c\u00e9lulas solares comerciais em 2021.<\/p>\n Superado o desafio da efici\u00eancia, ainda permanece o da degrada\u00e7\u00e3o, t\u00e3o importante quanto o primeiro. De fato, os filmes de perovskitas, que nas c\u00e9lulas solares cumprem a fun\u00e7\u00e3o de capturar f\u00f3tons e transform\u00e1-los em cargas el\u00e9tricas, s\u00e3o materiais de baixa estabilidade. Quando os filmes s\u00e3o expostos \u00e0 umidade, \u00e0 temperatura e \u00e0 pr\u00f3pria luz, a sua estrutura e composi\u00e7\u00e3o sofre mudan\u00e7as que impactam as propriedades do material e, portanto, o desempenho do dispositivo. Em outras palavras, os filmes se degradam e a vida \u00fatil das c\u00e9lulas solares se reduz. Dessa forma, torna-se imposs\u00edvel garantir a durabilidade de 20 ou 30 anos esperada para um painel solar.<\/p>\n Nos \u00faltimos anos, estudos cient\u00edficos avan\u00e7aram a passos largos a compreens\u00e3o das causas da instabilidade e da degrada\u00e7\u00e3o das perovskitas e propuseram algumas solu\u00e7\u00f5es efetivas para mitigar esses problemas. No Brasil, uma s\u00e9rie de experimentos desse tipo foi realizada a partir de 2016, mediante a colabora\u00e7\u00e3o de uma equipe de pesquisadores da Unicamp e CTI Renato Archer, liderada pela professora Ana Fl\u00e1via, com o grupo do pesquisador Helio Tolentino<\/a>, do Laborat\u00f3rio Nacional de Luz S\u00edncrotron (LNLS – CNPEM<\/a>). O uso de radia\u00e7\u00e3o s\u00edncrotron \u00e9, de fato, essencial nesse tipo de estudo, pois s\u00f3 essa luz, extremamente brilhante e capaz de ser condensada em focos nanom\u00e9tricos, proporciona o n\u00edvel de detalhe desejado.<\/p>\n \u201cNa \u00e9poca, as rotas de s\u00edntese de filmes de perovskitas ainda eram pouco conhecidas e nem sempre geravam materiais com boas propriedades\u201d, contextualiza Tolentino. \u201cVimos a\u00ed um nicho importante onde poder\u00edamos contribuir realizando experimentos in situ<\/em> com a observa\u00e7\u00e3o do processo de s\u00edntese em tempo real acompanhando todas as etapas das mudan\u00e7as na estrutura at\u00f4mica do material\u201d, conta o pesquisador.<\/p>\n O primeiro trabalho brasileiro com essa abordagem foi a tese de doutorado de Rodrigo Szostak<\/a>, que teve orienta\u00e7\u00e3o dos professores Ana Flavia e Tolentino. Para realizar os experimentos, a equipe teve que desenvolver um sistema que reproduzisse todas as condi\u00e7\u00f5es de s\u00edntese dos filmes de perovskita em uma linha de luz do LNLS, que naquele momento ainda trabalhava com a UVX (a fonte de luz de segunda gera\u00e7\u00e3o inaugurada em 1997). \u201cVencer a complexidade de associar esse processo de s\u00edntese em uma linha de luz resultou em uma s\u00e9rie de publica\u00e7\u00f5es em excelentes revistas e contribuiu para alavancar muitas outras quest\u00f5es relativas ao material\u201d, conta Tolentino.<\/p>\n \u201cA colabora\u00e7\u00e3o do nosso grupo com o LNLS continua agora com t\u00e9cnicas operando<\/em>\u201d, diz a professora Ana Flavia. \u201cA gente vai colocar a c\u00e9lula solar na linha de luz e estudar o comportamento do filme de perovskita dentro do dispositivo em funcionamento\u201d, completa. Esses novos trabalhos ser\u00e3o realizados com uma radia\u00e7\u00e3o ainda mais intensa e focada do que a utilizada com as t\u00e9cnicas in situ<\/em>, pois o LNLS conta agora com o Sirius. O uso dessa fonte de radia\u00e7\u00e3o s\u00edncrotron de quarta gera\u00e7\u00e3o promete resultados ainda mais detalhados, mas tamb\u00e9m traz novos problemas para resolver. \u201cO brilho muito intenso da fonte traz desafios adicionais enormes\u201d, afirma Tolentino. \u201cUm exemplo \u00e9 a alta dose de radia\u00e7\u00e3o que os materiais absorvem, o que requer um estudo espec\u00edfico antes de se tentar entender de fato o comportamento do material e do dispositivo em condi\u00e7\u00f5es operando<\/em>\u201d, completa o pesquisador.<\/p>\n De acordo com o artigo de revis\u00e3o publicado na Chemical Reviews<\/em>, os resultados dos estudos in situ<\/em> realizados at\u00e9 o momento permitiram desenvolver procedimentos que melhoraram a qualidade e as propriedades das perovskitas. As t\u00e9cnicas possibilitaram, inclusive, fazer ajustes em m\u00e9todos de fabrica\u00e7\u00e3o de filmes e c\u00e9lulas solares de perovskita que podem ser levados \u00e0 escala industrial. Por sua vez, as t\u00e9cnicas operando<\/em> permitiram explorar o desempenho e a degrada\u00e7\u00e3o dessas c\u00e9lulas solares quando submetidas a diversas condi\u00e7\u00f5es de opera\u00e7\u00e3o, como alta umidade, temperatura ou luminosidade.<\/p>\n No final do review<\/em>, os autores apontam alguns caminhos para os futuros estudos in situ<\/em> e operando<\/em> de filmes e c\u00e9lulas solares de perovskitas. De acordo com eles, \u00e9 necess\u00e1rio ampliar o uso dessas t\u00e9cnicas e combin\u00e1-las com simula\u00e7\u00f5es computacionais at\u00e9 encontrar os materiais com as melhores composi\u00e7\u00f5es e os dispositivos com as melhores arquiteturas para a gera\u00e7\u00e3o de energia fotovoltaica. Al\u00e9m disso, o artigo sugere aos pesquisadores da \u00e1rea o desenvolvimento de m\u00e9todos in situ<\/em> que possam operar em condi\u00e7\u00f5es ambientes para serem usados no controle de qualidade nas futuras f\u00e1bricas de c\u00e9lulas solares de perovskita.<\/p>\n Os estudos realizados no Brasil contaram com financiamento da Fapesp, Shell e CNPq, al\u00e9m do suporte estrat\u00e9gico da ANP.<\/p>\n Refer\u00eancia do artigo cient\u00edfico<\/strong>: In Situ and Operando Characterizations of Metal Halide Perovskite and Solar Cells: Insights from Lab-Sized Devices to Upscaling Processes.<\/em> Rodrigo Szostak, Agnaldo de Souza Gon\u00e7alves, Jilian Nei de Freitas, Paulo E. Marchezi, Francineide Lopes de Ara\u00fajo, H\u00e9lio Cesar Nogueira Tolentino, Michael F. Toney, Francisco das Chagas Marques, and Ana Flavia Nogueira. Chem. Rev. 2023, 123, 6, 3160\u20133236. https:\/\/doi.org\/10.1021\/acs.chemrev.2c00382.<\/a><\/p>\n Autores do paper membros ou ex-membros do CINE:<\/strong> Rodrigo Szostak, Agnaldo de Souza Gon\u00e7alves, Jilian Nei de Freitas, Paulo E. Marchezi, Francineide Lopes de Ara\u00fajo, Francisco das Chagas Marques e Ana Flavia Nogueira.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Um conjunto de pesquisas recentes est\u00e1 acelerando o desenvolvimento de c\u00e9lulas solares baseadas em materiais do grupo das perovskitas. Esses estudos monitoraram, em tempo real e de forma detalhada, as mudan\u00e7as que acontecem em filmes de perovskita ao longo de processos que influem na degrada\u00e7\u00e3o precoce desses materiais – um dos principais entraves para a comercializa\u00e7\u00e3o dessa tecnologia fotovoltaica emergente. 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