Perovskitas, materiais minerais compostos de titanato de cálcio, foram considerados valiosos para a fabricação de células solares de alto desempenho.
Por Ingrid Fadelli, TechXplore
Embora equipes de cientistas e engenheiros em todo o mundo estejam desenvolvendo e testando células solares de perovskita em ambientes de laboratório, ainda faltam avaliações externas em larga escala dessas células.
Pesquisadores da Universidade de Roma Tor Vergata, Universidade Helênica do Mediterrâneo em Creta, BeDimensional SpA, Great Cell, Instituto Italiano de Tecnologia (IIT) e Universidade de Siena fabricaram recentemente painéis solares de perovskita de grande área projetados usando bidimensional (2D) materiais. Eles então integraram com sucesso 9 desses painéis solares em uma fazenda solar autônoma, localizada na ilha grega de Creta. As descobertas desta equipe, apresentadas em um artigo publicado na Nature Energy , podem facilitar e informar a futura implementação em larga escala de células solares de perovskita .
“Nosso artigo recente destaca nossos esforços conjuntos de pesquisa nos últimos 5 anos no aumento da escala de PVs de perovskita, começando de células de laboratório para módulos, painéis e, finalmente, para uma infraestrutura de fazenda solar”, Francesco Bonaccorso, um dos pesquisadores que realizaram o estudo , disse ao Tech Xplore. “Este projeto foi desenvolvido especificamente no contexto da iniciativa European Graphene Flagship, que estabeleceu uma estreita colaboração entre a Universidade Tor Vergata, a BeDimensional SpA, a GreatCell e a Hellenic Mediterranean University, com habilidades complementares e amplamente diferentes”.
O recente trabalho colaborativo dessas diferentes universidades e organizações foi selecionado como o projeto principal da iniciativa Graphene Flagship. Esta é uma iniciativa com foco na industrialização e implantação de tecnologias de captação de energia solar.
A equipe publicou pela primeira vez os resultados de seus esforços colaborativos em Advanced Functional Materials em 2016. Neste artigo, a equipe abriu um novo campo de pesquisa no contexto da perovskita fotovoltaica, demonstrando que, ao projetar adequadamente as interfaces com materiais 2D, foi possível aumentar a estabilidade das células solares de perovskita.
“Após nossa primeira publicação sobre células de pequena área (0,1 e 1 cm 2 ), desenvolvemos a viabilidade dessa tecnologia em dispositivos de grande área, trazendo-a ao nível do módulo (centenas de cm 2 )”, Aldo Di Carlo, outro pesquisador envolvido no estudo, disse. “O objetivo principal do nosso trabalho recente foi demonstrar a escala final desta tecnologia no nível da fazenda solar (metro 2 ). Ao fazê-lo, fomos capazes de validar a tecnologia Perovskita em tal escala pela primeira vez.”
Antes de começarem a trabalhar em sua fazenda solar autônoma, os pesquisadores fabricaram 9 painéis solares baseados no material 2D GRAphene-PErovskite (GRAPE). Cada um desses painéis tinha uma área de 0,5 m² e era composto por 40 módulos de perovskita por painel, que eram conectados entre si.
Posteriormente, a equipe usou esses 9 painéis solares para criar a primeira fazenda solar autônoma do mundo. Sua fazenda solar, localizada no campus da Universidade Helênica do Mediterrâneo em Creta, tem uma área total de painéis de 4,5m 2 .
“Também construímos a infraestrutura de suporte necessária, sistemas de aquisição de dados e uma estação meteorológica ”, disse Emmanuel Kymakis, outro pesquisador envolvido no estudo. “Isso nos permitiu monitorar continuamente o parque solar, correlacionando as condições ambientais com o desempenho externo do sistema. Sendo a primeira demonstração dessa tecnologia em tal escala, ela, por si só, representa um design único. Além disso, o desempenho do parque solar e os dados meteorológicos são carregados em um repositório online, permitindo a exploração da comunidade de pesquisa ( solarfarmhmu.gr ).”
O trabalho coordenado dos grupos liderados por Bonaccorso, Kymakis e Di Carlo prova que os painéis solares de perovskita podem ser implementados com sucesso e eficiência em larga escala. A equipe também coletou medições e dados em sua fazenda solar ao longo do estudo. Esses dados podem ser altamente valiosos para entender os pontos fortes e as limitações das implementações de células solares de perovskita do mundo real.
“Nossos resultados representam um passo importante para a comercialização dessa tecnologia”, disse Bonaccorso. “Graças à exploração de materiais 2D, nossa tecnologia demonstrou uma estabilidade de última geração. Os dados que coletamos na fazenda solar nos permitirão avaliar a produção de energia e a estabilidade da tecnologia de perovskita em condições reais.”
No futuro, os dados coletados por essa equipe de pesquisadores poderão orientar os processos de fabricação de células solares de perovskita e ajudar a cumprir as metas de comercialização dessa tecnologia solar altamente promissora. As análises de avaliação do ciclo de vida conduzidas pela equipe também confirmaram que as fazendas solares podem desempenhar um papel muito importante no combate às mudanças climáticas. Especificamente, a equipe descobriu que o perfil ambiental de sua fazenda solar era comparável ao delineado em estimativas de energia realistas e otimistas para 2050, que consideram uma mistura de fontes sustentáveis e tradicionais de eletricidade.
“Os resultados que obtivemos indicam que são necessários esforços adicionais para melhorar os materiais encapsulantes e o protocolo de laminação para prolongar ainda mais a vida útil dos painéis que compõem o parque solar”, acrescentou Bonaccorso. “Ao realizar uma avaliação do ciclo de vida com base nos dados adquiridos durante todo o processo de fabricação, dos materiais aos painéis e caracterização, devemos agora também ser capazes de identificar o impacto significativo do processo de fabricação. perguntas abertas.”
Mais informações: Sara Pescetelli et al, Integration of two-dimensional materials-based perovskite solar panels into a stand-alone solar farm, Nature Energy (2022). DOI: 10.1038/s41560-022-01035-4
Antonio Agresti et al, Efficiency and Stability Enhancement in Perovskite Solar Cells by Inserting Lithium-Neutralized Graphene Oxide as Electron Transporting Layer, Advanced Functional Materials (2016). DOI: 10.1002/adfm.201504949
Andrea Capasso et al, Few-Layer MoS2Flakes as Active Buffer Layer for Stable Perovskite Solar Cells, Advanced Energy Materials (2016). DOI: 10.1002/aenm.201600920
