Painéis solares de silício estão a atingir o seu limite

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Escondido nos arredores de Oxford, o centro de I&D em energia solar parece qualquer outra unidade industrial monótona ao sol de outubro.

Mas para os entusiastas da energia verde, o laboratório da Oxford PV é tão excitante como a Fábrica de Chocolate do Charlie.

Dezenas de células solares são distribuídas aos cientistas no início do dia, que se põem a trabalhar em experiências: ajustando a sua composição, testando-as em câmaras climáticas e fazendo zoom nos microscópios para separar as células boas das más.

O seu ingrediente secreto? Perovskite, uma estrutura cristalina que aumenta a eficiência dos painéis solares quando sobreposta às células de silício tradicionais.

A Oxford PV, que nasceu de um projeto de investigação da Universidade de Oxford e tem uma fábrica perto de Berlim, é líder no fabrico de células solares em tandem de perovskite sobre silício.

Está em boa companhia no Oxford Pioneer Park, onde os especialistas também trabalham arduamente em motores eléctricos e na fusão nuclear.

A Oxford PV está agora a colher os benefícios de estar na vanguarda da perovskite, com amplos direitos de propriedade intelectual e um acordo com uma empresa de serviços públicos dos EUA.

Perovskite-sobre-silício: o próximo grande avanço solar?

Ninguém precisa de ser convencido de que o futuro é caracterizado por uma grande quantidade de energia solar. Além de serem melhores para o clima e para a segurança energética, a energia solar e eólica são atualmente as formas mais baratas de aumentar a produção de eletricidade em quase todos os países.

Mas as células solares tradicionais de silício estão a atingir o seu limite de eficiência de cerca de 26% de luz solar convertida em energia eléctrica.

"Estamos a meio da última vaga de extinção da energia solar, quer na Europa, devido à concorrência chinesa, quer nos Estados Unidos, devido ao fracasso de algumas das novas empresas de película fina fotovoltaica", afirma David Ward, Diretor Executivo da Oxford PV, à Euronews Green.

Na última década, pouco tem sido feito para desafiar a posição histórica do silício, que é frequentemente o tempo mínimo necessário para que uma nova inovação tecnológica seja aceite.

Fundada em 2010, a Oxford PV só agora está a ver o mundo comercial despertar para o potencial da perovskite sobre silício, com a qual atingiu um recorde mundial de eficiência para uma célula de 29,5% em 2020.

Desde então, tem havido o que Ward descreve como uma "explosão" de empresas no espaço do tandem de perovskite-silício, que na sua maioria estão a tentar recuperar o atraso.

"O ponto de viragem é muito rápido e tem-se verificado em toda a indústria fotovoltaica em todas as gerações de silício", acrescenta Ward.

O que é exatamente a perovskite e como funciona?

A perovskite refere-se a um mineral orgânico descoberto na Rússia no século XIX, que recebeu o nome do mineralogista Lev Perovski. Também descreve a estrutura cristalina deste tipo de mineral, que pode conter vários átomos.

A perovskite da Oxford PV é fabricada por máquinas (o que a mantém barata) e é um material semicondutor adequado para a captação de luz solar, explica Ed Crossland, diretor adjunto de tecnologia.

Num solar normal, os lingotes de silício são cortados em bolachas muito finas e espalhados de forma a cobrir a maior área possível. São depois adicionados os metálicos que activam o material de silício. No total, cerca de 60 células são colocadas juntas para formar o .

Para as células em tandem, a perovskite é revestida por cima como uma camada ainda mais fina (cerca de 1 mícron para os 150 mícrones de uma bolacha de silício), o que cria efetivamente duas células numa só. A perovskite é invisível a olho nu, mas absorve um espetro de energia do sol mais elevado do que o silício consegue absorver.

Ao produzir mais energia por , "a perovskite sobre silício é a próxima ideia tecnológica que leva a energia solar para além do que o silício sozinho consegue fazer", diz Crossland. Enquanto o silício tem um limite teórico de eficiência de 29%, a célula em tandem pode atingir 43%.

O custo adicional da adição da camada de perovskite é mais do que compensado pelo valor desta energia adicional, explica Ward, o que faz com que seja "óbvio" para os parceiros comerciais.

Para que podem ser utilizados os painéis de perovskite sobre silício?

Um espetro de clientes declarou o seu interesse nos painéis solares de perovskite sobre silício - desde proprietários de casas a grandes empresas de serviços públicos.

Em setembro de 2024, a Oxford PV enviou os seus painéis para uma empresa de serviços públicos dos EUA não revelada, na primeira instalação comercial do mundo de tecnologia solar em tandem de perovskite.

Os painéis estão a ser instalados no canto de um novo campo solar e monitorizados para que a empresa americana possa comparar os seus benefícios.

Para além do fabrico "nuclear" de telhados e campos solares, a fábrica da Oxford PV em Brandenburgo pode produzir células para aplicações mais especializadas, como a aviação.

Os painéis solares permitem que os UAV (veículos aéreos não tripulados) utilizados para 5G, vigilância militar e mapeamento por satélite funcionem como "uma grande asa voadora", explica Ward.

Com as asas limitadas pelo peso e pelo tamanho, a energia que estas novas células solares podem fornecer é "absolutamente estratégica".

Os painéis de perovskite sobre silício podem permitir que os UAV se mantenham à tona durante mais tempo ou voem a uma latitude mais a norte, onde o sol é mais fraco.

Os cientistas do laboratório de Oxfordshire estão constantemente a testar novas ideias e materiais, antes de enviarem protótipos para Brandenburgo para provar que podem ser aumentados. No entanto, apenas uma fração consegue chegar tão longe: "Numa instalação comercial não é possível alterar as receitas diariamente", acrescenta Ward.

No entanto, a fábrica alemã ainda não é uma instalação de gigawatts e a Oxford PV está empenhada em colaborar com outras empresas para concretizar todo o potencial da perovskite para o nosso mundo rapidamente electrificado.

"Ter um ecossistema é fantástico": como as empresas de tecnologia solar estão a colaborar

Dado o alcance das suas primeiras patentes, a colaboração é um pilar fundamental dos planos da Oxford PV.

"É muito difícil fazer uma célula solar de perovskite sobre silício sem ter de fazer um grande esforço para evitar o conjunto de PI que temos", afirma Ward.

"Não estamos a tentar guardar tudo para nós, mas gostaríamos de estar envolvidos se as pessoas estiverem a utilizar a nossa propriedade intelectual para chegar ao mercado." Para além da concessão de licenças, a empresa oferece um valioso know-how para que os parceiros se tornem mais rápidos.

A maior parte das novas empresas em fase de arranque concentra-se na China e, apoiada por um impulso estratégico para a energia fotovoltaica, nos EUA.

Na Europa, as empresas de energia ou de silício existentes estão cada vez mais a entrar em tandems de perovskite, como a Enel em Itália.

"Ter um ecossistema é fantástico", diz Ward. Todo o mercado decide que é para lá que se vai, o que é muito mais fácil do que dizer "ei, somos as únicas pessoas nisto", porque a evangelização que temos de fazer junto da base de clientes e dos investidores é muito mais difícil".

O Diretor Executivo está confiante de que demorará algum tempo até que surja uma inovação que coloque a perovskite no espelho retrovisor. E, com o objetivo da COP28 de triplicar a capacidade de energia renovável até 2030, as empresas precisam de investir nas tecnologias que existem atualmente.

"Apesar de todas as notícias negativas sobre a produção europeia e a energia fotovoltaica europeia, temos uma nova instalação a desenvolver novas tecnologias de uma forma que não é a mesma que a velha energia solar em silício. A China tem feito um excelente trabalho para tornar a energia solar barata à sua escala e com os seus próprios esforços", afirma Ward. "Mas este é um novo paradigma".