Cristal de luz captura energia solar e ilumina-se por inteiro

Amostra de cristal de perovskita de 1 centímetro. [Imagem: Jinsong Huang]

As células solares de perovskita vieram para ficar, ainda mais que esse material pouco conhecido pode funcionar como célula solar de dia e tela à noite.

Mas parece que a perovskita é ainda mais impressionante do que os cientistas tinham se dado conta a princípio - perovskita é uma família de semicondutores com a fórmula (CH3NH3)PbX3, onde o X pode ser iodo, bromo ou cloro.

Cristal de luz

Imagine um painel solar feito de cristais puros e simples, visualmente sem diferença alguma de um pedaço plano de vidro - sem junções semicondutoras, sem transistores ou nenhum outro dispositivo parecido com as tradicionais células solares.

A luz atinge a superfície desse cristal e é absorvida, empurrando elétrons ao longo do material. Esses elétrons viajam facilmente através do cristal, até chegar a contatos elétricos instalados na sua parte inferior, onde são recolhidos na forma de corrente elétrica. Em outras palavras, um painel solar absolutamente "elegante", simples e transparente.

Agora imagine a sequência no sentido inverso - ao alimentar o material com eletricidade, pelos mesmos eletrodos, injeta-se elétrons no cristal e a energia é liberada na forma de luz. Em outras palavras, a folha de cristal brilha por inteiro, como uma lâmpada plana que pode ser feita em qualquer dimensão ou formato.

Esta é a possibilidade real traçada agora por duas equipes, que usaram técnicas diferentes e relataram seus resultados na revista Science.

Modelo atômico da estrutura híbrida - orgânica-inorgânica - dos cristais semicondutores de perovskita. [Imagem: Heno Hwang/Ivan Gromicho/King Abdullah University]

Cristais de perovskita

Dong Shi e seus colegas das universidades de Toronto (Canadá) e Rei Abdullah (Arábia Saudita) desenvolveram uma técnica para cultivar cristais de perovskita grandes e puros, o que permitiu estudar pela primeira vez em detalhes o que ocorre quando os elétrons movem-se pelo material, seja acionados pelos fótons e saindo como eletricidade, seja entrando como eletricidade e produzindo fótons.

"Nosso trabalho identifica a fronteira final para o potencial de coleta de energia solar das perovskitas. Tem havido uma corrida para tentar obter eficiências recordes com esses materiais, e nossos resultados indicam que o progresso está fadado a continuar sem diminuir de ritmo," resumiu Riccardo Comin, membro da equipe.

Wanyi Nie e colegas do Laboratório Los Alamos, nos Estados Unidos, usaram uma técnica diferente para cultivar cristais planos de perovskita de grande área, que alcançaram 18% de eficiência na conversão da luz solar em eletricidade sem qualquer trabalho adicional.

As células solares de perovskitas, em configurações mais complexas, já alcançaram a faixa dos 20% de eficiência, o que as coloca nos calcanhares das células solares de silício.

A equipe afirma que agora vai tentar bater novos recordes de eficiência juntando cristais de perovskita, excelentes absorvedores de luz visível, com pontos quânticos, excelentes absorvedores de luz infravermelha, de forma a aproveitar melhor todo o espectro da luz solar.

Outra área de atuação deverá ser o desenvolvimento de técnicas para ampliar a produção dos cristais de perovskita de grandes áreas, para que as promessas relatadas pela equipe possam começar a sair do laboratório.