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No laboratório da Swift Solar, mais de uma dúzia de pares de luvas de borracha na altura do cotovelo pairam horizontalmente no ar, infladas como braços. As luvas são infladas por nitrogênio gasoso e se projetam para fora de gabinetes com paredes de vidro na altura da cintura, projetados para manter os espaços de trabalho secos e herméticos para proteger os delicados materiais solares que estão lá dentro.
Em um canto, o técnico Roger Thompson coloca as mãos em um dos pares de luva e começa a encaixar pequenas lâminas de vidro em uma placa de metal. Em breve, uma esteira transportadora levará a placa para trás de uma porta de metal, onde a “magia da caixa preta”, como o CEO da Swift, Joel Jean, a chama, adicionará um revestimento químico projetado para conduzir corrente elétrica.
A Swift, que opera essa instalação em um bairro industrial tranquilo no Vale do Silício, faz parte de um grupo cada vez maior de empresas que experimentam a tecnologia solar de última geração. A startup está competindo para produzir células solares comercialmente viáveis que revestem o silício tradicional com materiais chamados perovskitas.
O empilhamento desses dois materiais, que absorvem diferentes comprimentos de onda da luz, permite que os painéis solares alcancem eficiências mais altas e produzam mais eletricidade por painel. Isso significa que as células solares em tandem de perovskita poderiam reduzir os custos e aumentar a quantidade de eletricidade renovável na rede.
A promessa é significativa. Mas as empresas e os cientistas estão trabalhando com a tecnologia há mais de uma década sem nenhuma implementação comercial. Como material solar, as perovskitas são inconstantes — são sensíveis à água, ao calor e à luz. E alguns pesquisadores alertam que o tempo pode estar se esgotando.
“Tenho a sensação de que, se nos próximos dois ou três anos não houver produtos de perovskita, o mercado poderá perder a confiança nessa tecnologia”, diz Bin Chen, professor assistente de pesquisa que se concentra na tecnologia de perovskita na Northwestern University.
Pesquisadores e startups, incluindo a Swift, estão trabalhando incansavelmente para desenvolver esses produtos, encorajados pelo recente progresso em tornar as perovskitas mais duráveis. Nos últimos meses, algumas das maiores empresas de energia solar do mundo também deram votos de confiança à tecnologia, investindo em linhas de fabricação piloto ou comprando startups de perovskita.
Agora, essas empresas precisam provar que podem superar as dificuldades que têm atormentado as perovskitas há anos e, ao mesmo tempo, produzir milhões de painéis com eficiência recorde.
“Nas costas” do silício
Muitas dessas empresas acreditam que a chave para o sucesso das perovskitas será integrá-las a tecnologias solares comprovadas, o que poderia dar às perovskitas um pouco de sua estabilidade e confiança no mercado, conquistada com muito esforço.
“O principal ponto de entrada das perovskitas no mercado está literalmente nas costas do silício”, diz Barry Rand, professor de engenharia elétrica e de computação da Universidade de Princeton.
Atualmente, mais de 90% dos painéis solares vendidos em todo o mundo são feitos de silício cristalino. Décadas de experiência com essa tecnologia significam que os desenvolvedores sabem como planejar projetos com base nela, e os financiadores sabem como definir o preço dos investimentos para projetos que a utilizam.
A aplicação de perovskitas nesses painéis poderia dar às empresas de energia solar uma vantagem em um setor altamente competitivo. “Se você conseguir decifrá-lo — fazer um módulo solar melhor — você ganhará dinheiro com isso”, diz Jenny Chase, analista de energia solar do serviço de pesquisa BloombergNEF. “A ideia é fazer algo que seja mais barato de fabricar por watt, e então você poderá vendê-lo com um preço mais alto, pois terá uma eficiência bastante elevada.”
Isso é mais fácil de dizer do que fazer. As perovskitas, que são compostas de haletos metálicos e compartilham uma estrutura cristalina exclusiva, enfrentam dois grandes desafios: aumentar a durabilidade e aumentar a produção. As perovskitas podem reagir com o oxigênio do ar ou se degradar quando expostas à luz — um grande problema para um produto solar.
Para criar tandens de perovskita com estruturas mais estáveis, as empresas planejam colocar camadas de perovskita em outras células solares, usando evaporação, impressão (como tinta em um jornal) e até mesmo “spin-coating” — uma técnica que parece uma spin art dos anos 90. Alterar a composição da camada de perovskita também poderia ajudá-las a durar mais.
Chen e Rand são colaboradores em dois esforços recentemente financiados com o apoio de milhões de dólares do Departamento de Energia dos EUA para testar configurações de perovskita-silício que poderiam ser mais duráveis e de comercialização mais rápida. Outros participantes incluem universidades, várias empresas iniciantes de perovskita (incluindo a Swift) e o Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA.
Força de permanência
Rand, cuja equipe em Princeton estuda como impedir que as perovskitas se degradem, diz que o campo evoluiu muito nos últimos sete anos. Os painéis atuais são mais bem encapsulados para impedir a entrada de água. Agora, ele diz que é simplesmente um jogo de eliminação — determinar quais componentes químicos em uma célula têm maior probabilidade de reagir e trocá-los. Mas ele não acha que a realização de mais experimentos deva impedir a comercialização.
“Acho que os resultados são promissores o suficiente para fazer esses investimentos”, diz ele. “Mas não se deve pensar nisso como um ‘trabalho feito’. Ainda há muitos avanços a serem feitos, principalmente com relação à estabilidade.”
Tomas Leijtens, cofundador e diretor de tecnologia da Swift, diz que a empresa agora pode expor suas células a temperaturas de até 70 °C enquanto as opera com luz sem degradação. “Isso era algo, eu diria, impensável há cinco anos”, diz ele, sentado em uma mesa ornamentada com um modelo de perovskita rosa choque.
Mas o setor precisa garantir que cada célula seja tão durável. Em todo o mundo, as empresas fabricam centenas de milhões de painéis solares todos os anos, cada um contendo dezenas de células. Antes de serem usados em projetos, os painéis devem passar por testes rigorosos do setor, como suportar mudanças rápidas de temperatura, umidade e granizo. A Swift, fundada em 2017, ainda não iniciou testes independentes; por enquanto, ela está submetendo suas células a algumas dessas condições em seu próprio laboratório e tem um painel conectado em seu telhado.
Startups como a Swift e a Oxford PV — uma empresa do Reino Unido criada a partir de um laboratório de pesquisa universitário onde alguns fundadores da Swift já atuaram — estão trabalhando com as maiores empresas do setor para colocar os tandems no mercado. A Oxford PV afirma que começará a enviar painéis tandem de perovskita aos clientes ainda este ano. Em maio, a First Solar, sediada no Arizona, a maior fabricante de energia solar dos EUA, comprou uma empresa europeia de perovskita chamada Evolar.
Em um comunicado sobre a aquisição da Evolar, o CEO da First Solar, Mark Widmar, disse que a empresa acredita que “os módulos fotovoltaicos tandem de alta eficiência definirão o futuro”. Poucos dias depois, a Hanwha Q Cells, sediada na Coreia, outro grande fabricante, disse que estava investindo US$ 100 milhões para montar uma linha piloto de perovskita em tandem. Em 2022, a Q Cells ajudou a iniciar a Pepperoni, uma colaboração europeia para o avanço dos tandems.
DAVID MALCOM/OXFORD PV
Os pesquisadores que trabalham com perovskitas dizem que as células tandem comerciais podem estar a anos, e não décadas, de distância. Jean diz que a Swift espera ter um produto pronto para ser comercializado dentro de quatro anos. Os incentivos da Lei de Redução da Inflação, que incluiu créditos para produtos de energia limpa fabricados nos EUA, devem ajudar.
Mas as perovskitas têm céticos e apoiadores. Chase afirma que os atuais painéis de silício já são suficientemente bons para ajudar o mundo na transição para a energia limpa e no combate às mudanças climáticas. Há muito tempo, ela questiona a capacidade das perovskitas de alterar o status quo do setor de energia solar. “Não é possível criar uma tecnologia de semicondutores com impulso”, diz ela. “É preciso que a tecnologia funcione.”
No entanto, considerando a quantidade de energia solar que será necessária para descarbonizar a rede, os defensores da perovskita afirmam que toda a eficiência adicional será importante.
“Embora seja verdade que o silício é ótimo, os tandems são melhores”, diz Leijtens. “Na luta para combater as mudanças climáticas, precisamos acelerar, e não apenas dizer: ‘Ah, isso é bom o suficiente, já terminamos’. Tudo pode continuar a ser aprimorado.”
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MIT Technology Review
