Uma equipe de pesquisa na Itália testou o desempenho de células solares de perovskita semitransparentes de banda larga em ambientes subaquáticos (UW) e descobriu que, a uma profundidade de 0,5 a 1 cm, os dispositivos alcançam uma maior eficiência de conversão de energia graças ao índice de refração da água.
“A novidade do nosso trabalho está em um processo totalmente interno que abrange a fabricação de células solares de perovskita, testes de encapsulamento por meio de testes de vazamento de chumbo e a submersão real de células solares de perovskita em água”, disse a autora correspondente da pesquisa, Jessica Barrichello, à pv magazine. “As perovskitas são tradicionalmente consideradas inadequadas para ambientes úmidos e para o reino subaquático cada vez mais ocupado pelo homem”.
No artigo “Beneath the Surface: Investigating Perovskite Solar Cells Under Water“, publicado na Energy & Environmental Materials, os pesquisadores explicaram que os ambientes UW exigiriam fotoabsorvedores com um amplo bandgap de 2 a 2,3 eV, como os usados em dispositivos fotovoltaicos de perovskita, enquanto a maioria dos absorvedores de silício disponíveis comercialmente tem um bandgap estreito de 1,11 eV. Eles também enfatizaram, no entanto, que as perovskitas estão sujeitas à rápida degradação do filme a granel quando atingidas pela umidade.
Para resolver esse problema, os acadêmicos usaram um procedimento de encapsulamento “robusto” para construir uma célula solar baseada em um absorvedor feito com um material de perovskita conhecido como FaPbBr3, que tem um bandgap de energia de 2,3 eV.
Os cientistas construíram a célula de 1 cm2 com um substrato feito de óxido de estanho dopado com flúor (FTO), uma camada de transporte de elétrons (ETL) baseada em óxido de estanho (SnO2), o absorvedor FaPbBr3, uma camada de transporte de orifício (HTL) baseada em poli (triarilamina) (PTAA) e um eletrodo superior de óxido de índio e estanho (ITO). Este último destinava-se a permitir a colheita da luz refletida da água circundante.
A célula foi encapsulada com material adesivo de poliisobutileno (PIB), que é comumente usado para células solares de perovskita e é uma solução industrialmente compatível que não requer solventes em um processo de laminação livre de deformação. “O encapsulante PIB aumenta o valor de transmitância de 600 para 800 nm sem afetar a região azul-esverdeada (400-600 nm), onde as perovskitas de banda larga podem efetivamente absorver a luz”, enfatizaram os pesquisadores.
Em condições de iluminação padrão, as células solares alcançaram uma eficiência de cerca de 6,79%.
A equipe testou o desempenho dos dispositivos imergindo-os em um tanque de água, a primeira vez por 24 h e a segunda vez por 120 h. As células foram colocadas em três profundidades: 0,5 cm abaixo da superfície da água, 3 cm abaixo e 6 cm abaixo. Com 0,5 cm, os dispositivos mostraram um aumento na eficiência de até 8% em comparação com as condições iniciais fora da água, que os cientistas atribuíram a valores mais altos de corrente de curto-circuito.
“O aumento da corrente e, consequentemente, da eficiência está relacionado ao efeito de revestimento antirreflexo da água no topo da célula solar”, explicaram ainda, observando que a temperatura mais baixa na água pode ter contribuído para o melhor desempenho da célula. “No entanto, uma diminuição mais pronunciada é observada com o aumento da profundidade da água.”
Com base em outros resultados experimentais e de simulação, os cientistas concluíram seu trabalho dizendo que os dispositivos baseados em perovskita poderiam ser potencialmente usados no futuro para alimentar dispositivos de Internet das Coisas Subaquáticas (IoUT) de baixa potência a uma profundidade de até 10 m.
A equipe de pesquisa era composta por cientistas do Instituto de Estrutura da Matéria CNR-ISM da Itália, CHOSE (Centro de Energia Solar Híbrida e Orgânica) da Universidade Tor Vergata e do fornecedor de materiais bidimensionais BeDimensional SpA, com sede na Itália.
O desempenho das células solares subaquáticas foi investigado em 2020 por cientistas do Birla Institute of Technology and Science e do Indian Institute of Technology Kanpur and Defence Materials. De acordo com suas descobertas, as células submersas se beneficiam de temperaturas mais baixas e de um ambiente ideal para limpeza. “Embora existam desafios e limitações, os resultados obtidos mostram que existe um enorme potencial para a tecnologia solar fotovoltaica em sensores ou dispositivos de monitoramento subaquático e várias outras aplicações comerciais e de defesa com eletrônica de potência moderna”, afirmaram os pesquisadores na época.
Em 2022, pesquisadores na China usaram células solares disponíveis comercialmente para criar um sistema sem lentes otimizado para detecção óptica de alta velocidade e descobriram que os dispositivos fotovoltaicos permitiam uma área de detecção muito maior do que os fotodiodos comumente usados.
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