A perovskita promete revolucionar a energia solar fotovoltaica. As propriedades e o uso na energia solar são os assuntos deste post.
A estrutura cristalina da perovskita
O minério perovskita é um óxido de cálcio e titânio, cuja fórmula química é CaTiO_{3}. Foi descoberto em 1839, nos Montes Urais, Rússia, pelo mineralogista alemão Gustav Rose. O nome do mineral é uma homenagem ao mineralogista russo Lev Perovsky.
No caso do minério, A e B são cálcio (Ca) e titânio (Ti), respectivamente, enquanto o X é o oxigênio (O). Portanto, as cargas elétricas de cada elemento na fórmula são: +2, +4 e -6 respectivamente, pois o oxigênio é -2 e há 3 átomos na fórmula.
Existem outros materiais com a mesma estrutura, que possuem várias aplicações. Dependendo dos átomos que compõem a estrutura, um material de perovskita pode apresentar propriedades eletrônicas e óticas notáveis, que podem ser úteis em componentes optoeletrônicos, como por exemplo:
- Alta mobilidade de portadores de carga elétrica.
- Elevado coeficiente de absorção de luz em uma ampla faixa de frequência.
- Possibilidade de ajuste da banda proibida (band gap), entre as bandas de valência e de condução.
Além de outras propriedades como:
- Supercondutividade.
- Magnetoresistência gigante.
- Piezoeletricidade: a capacidade de produzir carga elétrica quando recebe um stress mecânico.
- Propriedades dielétricas.
- Propriedades catalizadoras.
- Ferroeletricidade: polarização elétrica espontânea sem um campo elétrico externo.
Célula solar de perovskita
Uma das perovskitas que pode converter a luz solar em energia elétrica com alta eficiência é a perovskita com haleto de chumbo, cuja fórmula química é CH_{3}NH_{3}PbI_{3}. A célula fotovoltaica possui 5 camadas fundamentais: a camada de perovskita, que fica entre uma camada de transporte de elétrons (ETL) e uma de transporte de lacunas (HTL), estas são espaços vazios sem elétrons. Estas 3 camadas ficam entre dois eletrodos, um metal e um óxido condutor transparente.
Vantagens e desafios
Os painéis solares de perovskita têm vantagens como:
- Uma eficiência energética maior que 25%, mais eficiente que as células fotovoltaicas com base em outros materiais usados atualmente.
- Menor custo de produção, por causa da abundância do material e do método de produção.
- Células fotovoltaicas podem ser flexíveis.
No entanto, ainda existem alguns desafios que precisam ser solucionados, como:
- As células solares de perovskita contêm chumbo, um elemento perigoso para o ambiente e a saúde humana.
- Baixa estabilidade em condições ambiente: a exposição à umidade, oxigênio, calor e stress mecânico reduzem consideravelmente a vida útil deste tipo de célula.
- Atualmente são fabricadas com um método para pequena escala, é necessário desenvolver um método de fabricação de módulos de grande escala.
Além disto, os materiais perovskitas podem servir para a fabricação de LEDs, lasers, catalizadores para células de combustível, memórias não voláteis, etc.
