Perovskita vinha apresentando problemas internos há anos: a solução estava nos polvos

Por mais de uma década, as células de perovskita têm sido a grande promessa — e a grande frustração — da energia limpa. Em laboratório, elas já rivalizam com o silício, mas sempre falharam no mesmo ponto: degradavam-se muito rapidamente. Agora, uma descoberta rompe com o consenso. A solução não veio de uma complexa máquina industrial, mas de uma molécula que polvos e lulas utilizam há milhões de anos para se protegerem de danos químicos.

Sabotagem que vem de dentro

De acordo com o estudo publicado na revista Advanced Energy Materials, o problema não é apenas o ar ou a umidade, mas uma reação química que é ativada dentro do próprio dispositivo.

Quando a luz solar incide sobre a perovskita, elétrons altamente energéticos são gerados. Esses elétrons podem reagir com o oxigênio residual aprisionado durante a fabricação – um processo que geralmente é realizado ao ar livre – e dar origem a radicais superóxido (O₂·⁻), espécies químicas extremamente reativas. Esses radicais atacam os cátions orgânicos que mantêm a estrutura cristalina da perovskita estável, iniciando sua decomposição.

Ponto de entrada

O dano não começa na superfície visível do painel, mas em uma região crucial conhecida como interface interna, o ponto de contato entre a perovskita e a camada de dióxido de estanho (SnO₂), responsável por extrair os elétrons gerados pela luz.

Como enfatiza a Nanowerk, nem mesmo o melhor encapsulamento externo consegue impedir esse processo: o oxigênio já está presente dentro do dispositivo desde o primeiro momento. Para complicar ainda mais o problema, o próprio dióxido de estanho contém defeitos ricos em oxigênio que, sob iluminação e calor, migram para a perovskita e aceleram sua degradação interna.

Solução

Diante desse cenário, a equipe de pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Daegu Gyeongbuk e do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia optou por um caminho incomum no desenvolvimento fotovoltaico: buscar inspiração na biologia.

A resposta veio na forma de uma camada ultrafina de taurina, um aminoácido sulfurado presente em polvos, lulas e outros organismos marinhos. De acordo com o Interesting Engineering, na natureza a taurina protege as células contra danos oxidativos, justamente o tipo de ameaça que degradava as perovskitas. Localizada na interface entre o dióxido de estanho e a perovskita, a molécula funciona como um escudo químico inteligente.

Ciclo de defesa sem fim

O estudo detalha, com base em cálculos da teoria do funcional da densidade (DFT) e experimentos de laboratório, um mecanismo de proteção em duas etapas particularmente relevante. Primeiramente, a taurina intercepta os radicais superóxido no momento em que são formados. Sua estrutura química, chamada zwitteriônica – com cargas positivas e negativas em diferentes partes da molécula – permite que ela atraia eletrostaticamente esses radicais e os converta em peróxido de hidrogênio, uma espécie muito menos agressiva para a perovskita.

Em segundo lugar, o processo resolve um problema adicional: o iodo molecular gerado durante a degradação do material. Esse iodo tende a formar compostos que aceleram ainda mais o colapso da estrutura. A taurina reduz esse iodo de volta a íons iodeto, que são quimicamente estáveis ​​e muito menos nocivos. O mais notável, como destaca a Nanowerk, é que, após a conclusão dessas reações, a taurina se regenera. Ela não é consumida nem degradada no processo, mas retorna ao seu estado original, criando um ciclo fechado de neutralização de radicais que pode ser repetido durante toda a vida útil do dispositivo.

Da teoria à prática

Os benefícios não se limitam à durabilidade. A presença da taurina também melhora o funcionamento elétrico da célula. Ao se ligar quimicamente tanto ao dióxido de estanho quanto à perovskita, a taurina atua como uma ponte molecular que reduz os defeitos na interface, aqueles minúsculos pontos onde os elétrons se perdem na forma de calor.

Na prática, isso se traduz em menos defeitos eletrônicos, mobilidade eletrônica quase dobrada na camada de dióxido de estanho e cargas que duram mais tempo. O melhor dispositivo alcançou uma eficiência de 24,8%, com 1,18 volts em circuito aberto e um alto fator de preenchimento. Valores muito próximos aos recordes atuais, mas com uma diferença importante: a durabilidade é muito maior.

Em testes de estabilidade, as células tratadas com taurina retiveram 97% de sua eficiência após 450 horas de operação contínua a 65 °C. Em condições ambientais reais, elas mantiveram 80% de seu desempenho por mais de 130 horas, mais de cinco vezes mais do que as células convencionais submetidas aos mesmos testes.

A história tem algo de ironia científica

Enquanto a indústria aprimorava soluções cada vez mais complexas, a biologia já resolvia o mesmo problema há milhões de anos. Se essa estratégia puder ser ampliada e adaptada à produção industrial, o futuro da energia solar poderá depender tanto da engenharia quanto da biologia. Às vezes, para se aproximar do Sol, basta olhar para o fundo do mar.

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