Dentre os desafios a serem superados para que as células solares de perovskita possam concretizar seu potencial como tecnologia fotovoltaica está a substituição de materiais com alto custo, como o ouro usado como contraeletrodo, mantendo e aprimorando indicadores de performance e de estabilidade frente às condições ambientais. Nesse sentido, materiais a base de carbono – como grafeno e derivados –  vêm sendo testados nesses dispositivos, não só para substituição de contraeletrodos de ouro, mas também para uso como eletrodo condutor transparente, camada transportadora de elétrons, camada transportadora de buracos e modificadores de interfaces.

 

Além de ser uma matéria prima de alto custo, a deposição do ouro tradicionalmente é feita por métodos que demandam elevado consumo de energia. Em contrapartida, os materiais a base de carbono são abundantes, baratos, hidrofóbicos – podendo, assim, atuar como barreira à umidade – e podem ser processados por métodos também mais baratos e escalonáveis.

 

Nesse contexto, a divisão de Portadores Densos de Energia (DEC) do CINE, por meio do Laboratório de Nanotecnologia e Energia Solar (LNES) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e do Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer (CTI), firmou parceria com o projeto MGgrafeno voltada à fabricação de células solares de perovskita de grande área com contraeletrodos de grafeno em substituição ao ouro. Por meio da parceria, os materiais a base de carbono serão fornecidos pela planta piloto do MGgrafeno.

 

O LNES é pioneiro no Brasil na área das células solares de perovskita, alcançando dispositivos com eficiência em torno de 19%, mas ainda em pequena escala, com área ativa aproximada de 0,12 cm². Atualmente, o Laboratório está direcionando seu trabalhando também à fabricação de dispositivos com área ativa maior que 10 cm².

 

Já o MGgrafeno é uma iniciativa da Companhia de Desenvolvimento de Minas Gerais (CODEMGE) em parceria com a Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e com o Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear (CDTN). Foi responsável pela implementação da primeira planta piloto de grafeno do Brasil, que hoje opera com capacidade instalada de 300 quilos por ano.

 

Desde 2011, o LNES atua em colaboração com o CTI em projetos com células solares e, para o desenvolvimento das células de grande área, serão realizadas alterações que já foram adotadas em uma versão preliminar de protótipo preparada para prova de conceito, ainda com eletrodo a base de ouro. No desenvolvimento do projeto, será feita a substituição pelos materiais a base de carbono.

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Imagem: Célula solar de perovskita com área ativa de 9 cm2.

Crédito: Francineide Lopes de Araújo (pós-doc LNES).