A busca por matrizes energéticas mais limpas tem impulsionado o desenvolvimento de diversas tecnologias, como a energia eólica e a solar. Apesar disso, a energia solar ainda apresenta limitações associadas aos painéis de silício. Esses dispositivos são rígidos, têm produção custosa e envolvem processos potencialmente poluentes. Como alternativa, vêm sendo estudadas células solares de terceira geração baseadas em estruturas do tipo ABO₃, conhecidas como perovskitas, materiais formados por diferentes elementos químicos organizados em uma estrutura cristalina.
Esses materiais absorvem luz e a convertem em eletricidade, permitindo a produção de painéis tão ou mais eficientes que os de silício. Além disso, podem ser flexíveis e apresentar menor custo de produção. O principal desafio, porém, é a baixa estabilidade dessas células, especialmente diante das condições ambientais brasileiras.
“Hoje, quando as pessoas pensam em energia solar, pensam apenas nos painéis de silício”, explica o pesquisador Luiz Felipe da Hora, ao comentar como o mercado resiste a inovações tecnológicas ainda pouco conhecidas pela sociedade. Felipe ressalta que os painéis de silício são eficientes e duráveis, mas rígidos e caros de produzir. “As células de perovskita surgem como uma alternativa mais leve e flexível, mas ainda precisam superar o desafio da estabilidade”, afirma.
O principal problema enfrentado na produção de painéis solares à base de perovskita é a manutenção de sua estrutura diante da umidade e da radiação ultravioleta, uma vez que esses fatores podem causar a degradação do material. Para tentar contornar esse obstáculo, pesquisadores do Laboratório de Tecnologia Ambiental da UFRN (LabTam/UFRN) sintetizaram um polímero – material formado por cadeias de moléculas interligadas – para atuar como uma película protetora.
O estudo tem como objetivo reduzir a degradação dos painéis à base de perovskita diante das condições climáticas do país. Para isso, os pesquisadores optaram por revestir o painel solar com um copolímero sintético, criando uma barreira de proteção contra sua degradação. “A ideia foi encapsular o material com um polímero capaz de reduzir os efeitos da umidade, do oxigênio e da luz ultravioleta, fatores que aceleram esse processo”, afirma o pesquisador.
Felipe destaca que o encapsulamento funciona como uma barreira que impede fisicamente a difusão de água e oxigênio para o interior do cristal. A ação protetora do polímero testado assemelha-se à aplicação de um verniz impermeabilizante sobre um tipo de madeira sensível à ação da água. Assim, a camada externa isola a superfície química da chuva e dos raios UV, repelindo a umidade presente na atmosfera. Com isso, as propriedades originais do material interno são preservadas por mais tempo.
Desafios de produção e próximos passos da pesquisa
Um diferencial do estudo foi a realização da proteção do material em condições de temperatura e umidade semelhantes às encontradas em Natal, onde a umidade relativa do ar pode chegar a cerca de 70%. Tradicionalmente, a manipulação de perovskitas exige o uso de glove boxes, câmaras seladas com atmosfera controlada, o que encarece o processo. Demonstrar a síntese fora desses equipamentos amplia as possibilidades de produção em escala industrial, especialmente em países de clima tropical.
Outra decisão fundamental da pesquisa foi a substituição do chumbo, amplamente utilizado nessas células, pelo bismuto. Como o chumbo é nocivo à saúde e ao meio ambiente, seu uso compromete a sustentabilidade da tecnologia fotovoltaica. A adoção do bismuto elimina a necessidade de componentes tóxicos, embora apresente menor eficiência teórica na conversão de energia.
Preservar um cristal tão sensível ao ar livre pode ser comparado ao desafio de manter as placas de um aparelho eletrônico expostas em um ambiente úmido e chuvoso. Nesse contexto, a película encapsulante funcionou como um selante protetor que permitiu às amostras produzidas em laboratório manterem sua estrutura química intacta, suportando até mesmo uma rápida submersão em água sem sofrer desestruturação.
“Nos testes descritos no artigo, encapsulamos apenas o filme de perovskita”, explica o pesquisador ao comentar os limites da etapa atual do estudo. “O desafio agora seria aplicar essa proteção à célula completa. Mas fica a pergunta: até que ponto vale diminuir a eficiência para aumentar a durabilidade?”, pondera.
A pesquisa está em fase laboratorial e concentra-se nos aspectos fundamentais do problema físico associado ao material. Com os desafios de estabilidade parcialmente superados, espera-se que as células solares de terceira geração se tornem comercialmente viáveis nos próximos anos. Isso poderá permitir, a médio e longo prazo, a fabricação de placas solares flexíveis, aplicáveis em fachadas de vidro e até mesmo em tecidos.
O desenvolvimento da pesquisa ocorreu majoritariamente no Laboratório de Tecnologia Ambiental da UFRN (LabTam/UFRN), com colaborações da UNESP. O artigo é assinado por Luiz Felipe da Hora, sob orientação da professora Dulce Maria de Araújo Melo, e tem como coautores Ângelo Anderson Silva de Oliveira, Vivian Yamashita Brizola, Stephany da Silva Mendonça, Fernando Velcic Maziviero, Rayla Ngila Taveira de Brito, Renata Martins Braga e José Luiz Cardozo Fonseca. O projeto contou com recursos do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), por meio do processo nº 408041/2022-6.
O estudo evidencia os desafios que ainda precisam ser superados para que as células solares de perovskita deixem o ambiente laboratorial e cheguem ao mercado. Proteger o material da umidade sem comprometer a eficiência ou elevar significativamente os custos de produção é um dos principais desafios apontados pelos pesquisadores. Avanços como o desenvolvido no LabTam/UFRN contribuem para compreender esses limites e podem favorecer o desenvolvimento de painéis solares mais leves, flexíveis e adaptáveis a diferentes aplicações.
Imagens: Cícero Oliveira
Fonte: Agecom/UFRN
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