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Revolução Em Fotovoltaicas – Tintas à Base de Grafeno
As tintas à base de grafeno têm muitas aplicações práticas em eletrônicos flexíveis e podem oferecer novas soluções de energia. O silício domina o mercado de painéis solares há décadas. Porém, Existe uma enorme demanda para encontrar alternativas renováveis ??mais ecológicas às nossas fontes de energia finitas tradicionais. Agora, o grafeno está abrindo novas possibilidades no setor de energia, criando um futuro mais eficiente e sustentável.
As células solares de perovskita têm mostrado um progresso notável nos últimos anos, com aumentos rápidos na eficiência de conversão, de relatórios de cerca de 3% em 2006 a mais de 25% em 2020.
Embora as células solares de perovskita tenham se tornado altamente eficientes em muito pouco tempo, vários desafios permanecem antes que eles possam se tornar uma tecnologia comercial competitiva. A incorporação de tinta de grafeno nas células solares de perovskita tem vários benefícios e pode levar a avanços significativos na indústria fotovoltaica.
Como parte das metas de sustentabilidade da União Europeia (UE), o carro-chefe de Grafeno tem investido em pesquisas adicionais sobre energia fotovoltaica sustentável de grafeno-perovskita, o que poderia levar a fontes renováveis ??de energia mais eficientes. Como um dos Projetos carro-chefe do Grafeno, o projeto Solar Farm criará a primeira fazenda solar habilitada para grafeno do mundo e, está localizada na ilha de Creta, Grécia.
O Graphene Carro-Chefe é uma das iniciativas de pesquisa mais importantes da Europa e reúne pesquisadores das universidades e da indústria que trabalham juntos para tirar o grafeno do laboratório e incorporá-lo ao nosso dia a dia. Escritório de EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E ENERGIA RENOVÁVEL do governo americano tem investido fundo também em células solares perovskitas (PSCs).
Por que o Grafeno?
Acredita-se que o grafeno seja um dos materiais mais importantes disponíveis no planeta. É o primeiro material bidimensional descoberto e foi isolado pela primeira vez pelo professor Sir Andre Geim e pelo professor Sir Kostya Novoselov em 2004, pelo qual eles ganharam o Prêmio Nobel de Física em 2010. Possui várias aplicações em indústrias como medicina, vestuário, fotônica, eletrônica e produção de energia.
O grafeno também inspirou uma nova geração de tintas condutoras, que podem ser usadas para a impressão eficiente de diferentes dispositivos para melhorar nossa vida cotidiana. Por exemplo, as tintas de grafeno podem ser usadas para imprimir eletrônicos flexíveis, como transistores e células fotovoltaicas.
Energia Fotovoltaica
No século 21, a energia renovável é um tema amplamente discutido, e o uso de grafeno para as energias renováveis tem sido uma meta importante para a ciência desde sua descoberta. Em 2016, 24% da eletricidade global foi gerada usando fontes renováveis. Atualmente, a energia solar fotovoltaica produz mais de 2% da energia mundial e é uma das indústrias que mais crescem. A isenção dos impostos de importações recentemente adotado pelo Pres. Bolsonaro é um grande impulsionador desta fonte de energia no Brasil
As usinas fotovoltaicas mais amplamente utilizadas são baseadas em silício e existem desde 1880. Em 2019, atingiram uma eficiência de 26,6%.
Geralmente, a produção fotovoltaica é barata de produzir, mas requer processamento de alta temperatura, o que é uma barreira fundamental para torná-los mais econômicos. Portanto, os cientistas estão interessados ??em encontrar uma alternativa para a indústria fotovoltaica.
Células Solares de Perovskita
Uma dessas opções são as células solares perovskitas (PSCs), que foram desenvolvidas pela primeira vez em 2009 e já atingiram uma eficiência de 25%. Os PSCs oferecem uma alternativa econômica às células solares de silício.
As PSCs geralmente são feitas de materiais mais baratos e são produzidas usando o processamento de soluções em baixa temperatura. Os PSCs também são flexíveis e podem ser usados ??em locais onde a energia fotovoltaica tradicional não pode ser colocada.
As células solares baseadas em perovskita consistem em finas camadas de vários materiais, cada uma desempenhando um papel diferente na conversão de luz em energia elétrica. Na camada de perovskita, a energia solar é convertida em cargas gratuitas, que viajam através da célula para produzir eletricidade.
Ainda existem algumas barreiras que os cientistas precisam superar para usar amplamente os PSCs. Exemplos de tais obstáculos são sua instabilidade quando expostos à umidade e a manutenção de sua alta eficiência quando produzidos em larga escala para atender às demandas da indústria.
As tecnologias solares de última geração precisam ser significativamente aprimoradas para substituir as usinas fotovoltaicas de silício tradicionalmente usadas. Embora os PSCs sejam uma opção promissora, sua estabilidade e escalabilidade ainda precisam ser mais desenvolvidas antes que possam ser comercializadas.
Grafeno para PSCs
Os pesquisadores, em colaboração com várias instituições de pesquisa e parceiros industriais, sugeriram uma maneira possível de superar essas barreiras. A solução está em uma abordagem química quântica usando híbridos de ponto quântico / grafeno de dissulfeto de molibdênio que, quando depositados nas PSCs, aumentam sua estabilidade e desempenho.
As PSCs exibem alto desempenho ao usar áreas ativas de cerca de 1 cm 2 . A produção em larga escala de células solares é crucial para seu uso comercial. Portanto, para que os PSCs sejam uma fonte de energia confiável, eles precisam ser produzidos em escalas maiores para colher luz solar suficiente para que possam produzir energia suficiente.
A principal barreira para a produção de grandes PSCs é a não uniformidade da camada de células solares quando depositadas. Isso pode levar a curtos-circuitos devido à pouca interface entre as camadas. É crucial que as diferentes camadas da célula solar sejam uniformemente depositadas e tenham interfaces de qualidade.
A incorporação de tintas à base de grafeno nos PSCs oferece uma solução para esse problema. As tintas à base de grafeno podem ser produzidas usando métodos de esfoliação e podem ser incorporadas como camadas finas entre os diferentes componentes da célula solar.
Os pesquisadores já alcançaram eficiências bastante grandes de unidades de armazenamento em larga escala – 13,4% para uma energia fotovoltaica de 108 cm2 e 15,3% para uma energia fotovoltaica de 82 cm2. Embora essa seja uma conquista significativa, mais esforços de pesquisa serão concentrados no aumento da eficiência dos painéis solares em larga escala, que serão usados ??na fazenda renovável à base de grafeno em Creta.
O Futuro da Energia Fotovoltaica
A incorporação de grafeno e materiais bidimensionais relacionados usando a engenharia de interface é muito promissora para o desenvolvimento futuro de PSCs e da indústria fotovoltaica em geral.
A ampla variedade e disponibilidade de materiais bidimensionais oferecem uma rota facilmente acessível para alcançar um melhor desempenho e a adoção da tecnologia PSC para energia renovável. A produção de PSC é econômica e ecológica, o que proporciona maior acessibilidade e conveniência de sua incorporação no setor de células solares.
Acredita-se que os resultados desta pesquisa sejam críticos para o uso mais amplo dos PSCs. Tendo resolvido os problemas em torno da estabilidade e escalabilidade dos PSCs, os pesquisadores agora se concentram em levar sua produção para uma escala industrial. Espera-se que as novas usinas fotovoltaicas sejam mais baratas que as à base de silício, o que as tornará mais acessíveis aos clientes.
O uso de tintas à base de grafeno para o desenvolvimento de PSCs estáveis ??e mais eficientes deverá alterar significativamente a indústria fotovoltaica no futuro. Ter células solares mais baratas e melhores vai oferecer uma solução sustentável para vários problemas ambientais enfrentados pela sociedade no século 21º.
Fontes:
https://www.energy.gov/eere/solar/perovskite-solar-cells
https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=19471
