A tecnologia de painéis solares fez um enorme progresso nas últimas duas décadas. Na verdade, as células de placa solar de silício mais avançadas produzidas estão no seu mais alto grau de qualidade tecnológica.
Então o que vem agora? Entram em cena as “células solares tandem”, a nova geração em tecnologia solar. Elas podem converter uma porção muito maior de luz solar em eletricidade do que as células solares convencionais.
A tecnologia promete acelerar a transição global para longe de fontes poluentes de geração de energia, como carvão e gás. Mas há um grande problema.
Como mostra a nossa nova pesquisa, as células solares tandem atuais devem ser redesenhadas se quiserem ser fabricadas à escala necessária para se tornarem a tecnologia que salva o clima de que o planeta necessita.
A história solar até agora
Uma célula solar é um dispositivo que transforma a luz solar em eletricidade. Uma medida importante quando se trata de células solares é a sua eficiência – a proporção de luz solar que podem converter em eletricidade.
Quase todos os painéis solares que vemos hoje são feitos de células “fotovoltaicas” de silício. Quando a luz atinge a célula de silício, os elétrons dentro dela produzem uma corrente elétrica.
A primeira célula fotovoltaica de silício, demonstrada em 1954 nos Estados Unidos, tinha uma eficiência de cerca de 5%. Isso significa que para cada unidade de energia solar que a célula recebeu, 5% foi transformada em eletricidade.
Mas a tecnologia se desenvolveu desde então. No final do ano passado, o fabricante chinesa de energia solar LONGi anunciou um novo recorde mundial de eficiência para células solares de silício de 26,81%.
As células solares de silício nunca serão capazes de converter 100% da energia do Sol em eletricidade. Isso ocorre principalmente porque um material individual pode absorver apenas uma proporção limitada do espectro solar.
Para ajudar a aumentar a eficiência – e assim continuar a reduzir o custo da eletricidade solar – são necessárias novas tecnologias. É aí que entram as células solares tandem.
Um novo salto promissor
As células solares tandem usam dois materiais diferentes que absorvem a energia do Sol juntos. Em teoria, isso significa que a célula pode absorver mais do espectro solar – e assim produzir mais eletricidade – do que se apenas um material fosse usado (como o silício).
Usando esta abordagem, pesquisadores no exterior alcançaram recentemente uma eficiência de células solares tandem de 33,7%. Eles fizeram isso construindo uma célula solar fina com um material chamado perovskita diretamente em cima de uma célula solar de silício tradicional.
Os painéis solares de silício tradicionais ainda dominam a fabricação. Mas os principais fabricantes de energia solar sinalizaram planos para comercializar a tecnologia de células tandem.
Tal é o potencial das células solares tandem que elas estão preparadas para ultrapassar a tecnologia convencional nas próximas décadas. Mas a expansão será frustrada, a menos que a tecnologia seja redesenhada com materiais novos e mais abundantes.
O problema dos materiais das placas
Quase todas as células solares tandem envolvem um design conhecido como “célula de heterojunção de silício”. As células solares feitas desta forma normalmente requerem mais prata e mais do elemento químico índio do que outros designs de células solares.
Mas a prata e o índio são materiais escassos.
A prata é usada em milhares de aplicações, inclusive na manufatura, o que a torna muito procurada. Na verdade, a procura global por prata aumentou 18% no ano passado.
Da mesma forma, o índio é usado para fabricar telas sensíveis ao toque e outros dispositivos inteligentes. Mas é extremamente raro e encontrado apenas em pequenos traços.
Esta escassez ainda não é um problema para a tecnologia solar tandem, porque ainda não foi produzida em grandes volumes. Mas a nossa pesquisa mostra que esta escassez pode limitar a capacidade dos fabricantes de aumentar os volumes de produção no futuro.
Isto pode representar um obstáculo substancial no combate às mudanças climáticas. Até meados do século, o mundo deverá instalar 62 vezes mais capacidade de energia solar do que a atualmente construída, para permitir a transição para a energia limpa.
Claramente, é urgentemente necessária uma grande reformulação das células solares tandem para permitir esta aceleração exponencial na instalação de energia solar.
Acelerando a transição solar
Algumas células solares de silício não usam índio e requerem apenas uma pequena quantidade de prata. Pesquisa e desenvolvimento são urgentemente necessários para tornar estas células compatíveis com a tecnologia tandem. Felizmente, este trabalho já começou – mas é necessário mais.
A escassez de materiais não é a única barreira a superar. As células solares tandem também devem ser mais duráveis. Os painéis solares que vemos hoje em todo o lado têm geralmente a garantia de produzir uma quantidade razoável de eletricidade durante pelo menos 25 anos. As células tandem de perovskita sobre silício não duram tanto.
A energia solar já abalou a geração de eletricidade na Austrália e em todo o mundo. Mas na corrida para combater as alterações climáticas, isto é apenas o começo.
A pesquisa em células solares tandem é verdadeiramente global, conduzida em vários países, incluindo a Austrália. A tecnologia oferece um caminho promissor a seguir. Mas os materiais utilizados para fabricá-los devem ser reconsiderados com urgência.
Bruno Vicari Stefani, CERC Fellow, Solar Technologies, CSIRO e Matthew Wright, Postdoctoral Researcher in Photovoltaic Engineering, University of Oxford
Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
