Os materiais chamados perovskitas mostram um forte potencial para uma nova geração de células solares, mas tiveram problemas em obter tração em um mercado dominado por células solares à base de silício. Agora, um estudo realizado por pesquisadores do MIT e de outros lugares descreve um roteiro de como essa tecnologia promissora pode passar do laboratório para um lugar significativo no mercado solar global.

A análise “tecnoeconômica” mostra que, começando com nichos de maior valor e expandindo gradualmente, os fabricantes de painéis solares poderiam evitar os custos iniciais de capital muito elevados que seriam necessários para tornar os painéis baseados em perovskita diretamente competitivos com o silício para instalações de grande escala em utilidades desde o início. Em vez de fazer um investimento inicial proibitivamente caro, de centenas de milhões ou mesmo bilhões de dólares, para construir uma planta para produção em escala de utilidade, a equipe descobriu que começar com aplicativos mais especializados poderia ser realizado para um investimento inicial de capital mais realista. de US $ 40 milhões.

Os resultados são descritos em um artigo publicado na revista Joule pelo pós-doutorado do MIT Ian Mathews, cientista Marius Peters, professor de engenharia mecânica Tonio Buonassisi e outros cinco no MIT, Wellesley College e Swift Solar Inc.

Células solares baseadas em perovskitas – uma ampla categoria de compostos caracterizados por um determinado arranjo de sua estrutura molecular – poderiam proporcionar melhorias drásticas nas instalações solares. Seus materiais constituintes são baratos e podem ser fabricados em um processo rolo a rolo, como a impressão de um jornal, e impressos em material de apoio leve e flexível. Isso poderia reduzir bastante os custos associados ao transporte e instalação, embora ainda exijam mais trabalho para melhorar sua durabilidade. Outros novos materiais promissores para células solares também estão sendo desenvolvidos em laboratórios em todo o mundo, mas ainda não houve avanços no mercado.

“Houve muitos novos materiais e empresas de células solares lançados ao longo dos anos”, diz Mathews, “e, no entanto, apesar disso, o silício continua sendo o material dominante na indústria e existe há décadas”.

Por que é esse o caso? “As pessoas sempre disseram que uma das coisas que retém as novas tecnologias é que o custo de construir grandes fábricas para realmente produzir esses sistemas em escala é demais”, diz ele. “É difícil para uma startup atravessar o que é chamado ‘o vale da morte’, para aumentar as dezenas de milhões de dólares necessários para chegar à escala em que essa tecnologia possa ser lucrativa no setor de energia solar em geral”.

Mas existem várias aplicações de células solares mais especializadas em que as qualidades especiais das células solares baseadas em perovskita , como peso leve, flexibilidade e potencial de transparência, proporcionariam uma vantagem significativa, diz Mathews. Centrando-se sobre estes mercados, inicialmente, um solar de arranque empresa poderia construir-se para escalar gradualmente, alavancando os lucros dos produtos premium para expandir sua capacidade de produção ao longo do tempo.

Ao descrever a literatura sobre células solares baseadas em perovskita em desenvolvimento em vários laboratórios, ele diz: “Eles estão reivindicando custos muito baixos. Mas estão reivindicando assim que sua fábrica atingir uma certa escala. E pensei, já vimos isso antes – as pessoas afirmam que um novo material fotovoltaico será mais barato que todo o resto e melhor que todo o resto. Isso é ótimo, exceto que precisamos ter um plano sobre como realmente colocamos o material e a tecnologia em escala “.

Como ponto de partida, ele diz: “Adotamos a abordagem que eu realmente não vi mais ninguém adotar: vamos modelar o custo para fabricar esses módulos em função da escala. Portanto, se você tiver apenas 10 pessoas em uma pequena fábrica , quanto você precisa vender seus painéis solares para obter lucro? E, quando atingir a escala, qual será o preço do seu produto? “

A análise confirmou que a tentativa de entrar diretamente no mercado de instalações solares em escala solar ou em escala de utilidade exigiria um investimento de capital inicial muito grande, diz ele. Mas “analisamos os preços que as pessoas podem obter na internet, ou no mercado de energia fotovoltaica integrada a edifícios. As pessoas geralmente pagam um preço mais alto nesses mercados porque são mais um produto especializado. Elas pagam um pouco mais se o seu produto for flexível ou se o módulo couber em um envelope de construção “. Outros mercados de nicho em potencial incluem dispositivos microeletrônicos de alimentação própria.

Tais aplicações viabilizariam a entrada no mercado sem a necessidade de grandes investimentos de capital. “Se você fizer isso, o valor necessário para investir em sua empresa é muito, muito menor, da ordem de alguns milhões de dólares, em vez de dezenas ou centenas de milhões de dólares, e isso permite que você desenvolva mais rapidamente uma empresa lucrativa. ,” ele diz.

“É uma maneira de provar sua tecnologia, tanto tecnicamente quanto construindo e vendendo um produto e garantindo que ele sobreviva no campo”, diz Mathews, “e também apenas para provar que você pode fabricar a um determinado preço. . “

Já existem algumas empresas iniciantes trabalhando para tentar comercializar células solares de perovskita, ele ressalta, embora nenhuma delas ainda tenha um produto real à venda. As empresas adotaram abordagens diferentes e algumas parecem estar embarcando no tipo de abordagem de crescimento passo a passo descrita por essa pesquisa, diz ele. “Provavelmente a empresa que arrecadou mais dinheiro é uma empresa chamada Oxford PV, e eles estão analisando células em tandem”, que incorporam células de silício e perovskita para melhorar a eficiência geral. Outra empresa é a criada por Joel Jean Ph.D. ’17 (que também é coautor deste artigo) e outros, chamados Swift Solar, que está trabalhando em perovskitas flexíveis. E há uma empresa chamada Saule Technologies, trabalhando em perovskitas imprimíveis.

Mathews diz que o tipo de análise tecnoeconômica usada pela equipe em seu estudo pode ser aplicada a uma ampla variedade de outras novas tecnologias relacionadas à energia, incluindo baterias recarregáveis ​​e outros sistemas de armazenamento ou outros tipos de novos materiais de células solares.

“Existem muitos trabalhos científicos e estudos acadêmicos que analisam quanto custará fabricar uma tecnologia quando estiver em escala”, diz ele. “Mas muito poucas pessoas realmente analisam quanto custa em escala muito pequena e quais são os fatores que afetam as economias de escala? E acho que isso pode ser feito para muitas tecnologias, e isso nos ajudaria a acelerar a maneira como obtemos inovações. laboratório para o mercado “.