A primeira célula solar foi criada em 1883 por Charles Fritts, com eficiência de apenas 1%. De lá para cá, as novas tecnologias para células fotovoltaicas vêm se aprimorando e ganhando novos dispositivos, materiais e aplicações.

As fontes renováveis de energia vem se popularizando nos últimos anos, e a energia solar fotovoltaica é a tecnologia de energia que mais cresce no mundo atualmente. Também é uma das principais candidatas a gerar energia livre de carbono.

Por ser uma fonte abundante de energia limpa e segura, que não gera ruídos e permite a geração de energia elétrica em áreas remotas, a energia solar fotovoltaica pode ser considerada uma das fontes de energia mais promissoras.

Para avaliarmos a viabilidade de uma célula solar, é preciso levar em consideração o seu nível de eficiência e o seu custo de produção. Esses dois parâmetros são muito importantes, por isso, os materiais utilizados, a geometria e até a estrutura das células são fatores-chave na pesquisa por novas tecnologias.

Atualmente, há três tipos de células solares, de primeira, segunda e terceira geração. As células solares de primeira geração são as mais comuns, feitas de silício cristalino com eficiência entre 15% e 20%. Já as células solares de segunda geração são feitas de filmes finos compostos de silício amorfo, CIGS (seleneto de cobre, índio, gálio), CdTe (telureto de cádmio) ou CZTS (sulfeto de cobre, zinco, estanho).

A terceira geração de células solares é a mais pesquisada atualmente no meio científico. Ela tem como base materiais orgânicos, corantes, pontos quânticos ou perovskitas, além de outras inovações tecnológicas. Essa geração busca mudar a forma como produzimos energia solar, gerando energia cada vez mais limpa e sustentável.

Conheça algumas delas:

Células solares perovskitas

O funcionamento das células solares perovskitas, também conhecidas como dispositivos fotovoltaicos de perovskita, tem chamado a atenção de cientistas de todo o mundo. As células solares de perovskita são dispositivos fotovoltaicos que utilizam um composto cristalino conhecido como perovskita como material absorvente de luz. Essas células apresentam alta eficiência na conversão de energia solar em eletricidade, além de serem relativamente baratas e fáceis de produzir em larga escala.

O termo perovskita serve para se referir a um grupo de compostos com estrutura cristalina parecido com a perovskita mineral titanato de cálcio. Desta forma, uma série de elementos podem servir como materiais de perovskitas absorventes de luz. 

A qualidade de um filme formado por perovskitas também é fundamental para alcançar a alta eficiência de células solares. Assim, as propriedades únicas deste material trazem inúmeras vantagens para a sua fabricação. Menos de 1% do material de uma célula de silício é suficiente para absorver toda a luz solar, portanto, é possível economizar, pois a sua produção é mais barata.

No entanto, as células solares de perovskita ainda apresentam desafios a serem superados em relação à sua estabilidade e durabilidade, especialmente em condições ambientais adversas. O principal problema antes da sua produção em massa é a sua estabilidade.

A perovskita é conhecida por ser frágil e requer proteção contra as adversidades do ambiente. O componente é sensível à exposição de umidade, oxigênio e altas temperaturas, por isso sua aplicação só é recomendada em ambientes com atmosfera e umidade controlados com gases que ajudam a manter a condição ideal para o funcionamento da perovskita. Além disso, sua vida útil é reduzida se comparada aos painéis solares tradicionais. 

Mesmo assim, já há empresas se preparando para comercializar a tecnologia em breve e, atualmente, alguns estudos estão sendo realizados para melhorar a estabilidade da perovskitas. O material pode ser instalado em diversos locais, como carros, drones, relógios solares, entre outros.

Silício e perovskita

Em pesquisa recente, foi percebido que a união entre o silício e a perovskita possui eficiência energética superior aos painéis solares convencionais. Com a nova célula é possível filtrar diversos espectros de luz e reduzir a perda de energia, aumentando a eficiência geral.

Células solares orgânicas

Também conhecidas como OPV – Organic Photovoltaics -, as células solares orgânicas são mais leves do que os painéis de silício comuns. Os materiais orgânicos usados nas células solares orgânicas são geralmente polímeros condutores ou moléculas orgânicas pequenas.

Diferentemente das células solares convencionais baseadas em silício, as células solares orgânicas são flexíveis e leves, o que as torna atraentes para aplicações em dispositivos eletrônicos portáteis e vestíveis, porém ainda não se equivalem aos painéis solares convencionais. 

A tecnologia ainda precisa evoluir em relação à eficiência energética, porém ela já pode ser empregada em locais que não estão disponíveis para os painéis como fachadas de vidro de prédios, galpões ou estruturas metálicas leves. A mobilidade é outra vantagem, por serem mais leves, é possível integrá-las à ônibus, caminhões, veículos no geral e mobiliário urbano, como pontos de ônibus. 

Apesar da vantagem da instalação, os painéis orgânicos estão em desvantagem em relação a sua eficiência energética. Eles possuem eficiência energética entre 3% e 5%, enquanto que os painéis de silício possuem chegam a 20%. Outro problema é a degradação do sistema, que costuma ser muito rápida. Porém, já há empresas que estão fabricando o produto.

Os estudos com OPVs já conseguiram alcançar maior eficiência energética, então, provavelmente, logo poderemos ver esse tipo de célula solar aplicada em diversos dispositivos como fonte de energia sem fio. Alguns exemplos são sensores de temperatura, umidade e movimento.

Células solares de pontos quânticos

As células solares de pontos quânticos são feitas de pequenas partículas semicondutoras, chamadas de pontos quânticos, que apresentam propriedades únicas devido ao seu tamanho nanométrico.

Seus painéis solares são flexíveis e leves, o que facilitaria o seu transporte e aplicação. Eles podem ser fabricados como jornais e revistas, já que as células de pontos quânticos podem ser aplicadas como uma tinta sobre o filme. Isso diminui o custo de produção e abre a possibilidade de uma série de usos, com a aplicação de uma capa transparente fixada em carros, aviões, residências e, até mesmo, em roupas. Porém, esse tipo de célula ainda é menos eficiente na conversão solar do que as convencionais de silício.

Está interessado em saber mais sobre energia solar fotovoltaica? Veja o nosso guia de energia solar.