No campo da energia verde, cientistas da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) alcançaram um avanço significativo. A equipe liderada pelo professor assistente Yi Hou demonstrou uma célula solar tandem perovskita-orgânica cuja eficiência de conversão de energia atingiu 26,4% em uma área efetiva de 1 centímetro quadrado — um recorde mundial e o melhor desempenho já registrado para dispositivos desse tipo. Os resultados foram publicados em Nature em 25 de junho de 2025.
O avanço foi possível graças ao novo design de uma camada orgânica absorvedora de banda estreita. A capacidade limitada de coletar fótons no infravermelho próximo tem sido, por muito tempo, o gargalo no desenvolvimento de células solares tandem de filmes finos. A nova camada absorvedora melhora significativamente essa capacidade, estabelecendo as bases para aumentar a eficiência da célula. O professor assistente Hou, Jovem Professor da NUS e membro do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Faculdade de Design e Engenharia, também lidera o grupo de células solares multijunção baseadas em perovskita no Instituto de Pesquisa em Energia Solar de Cingapura (SERIS), onde coordenou o trabalho que levou a este marco.
Perovskitas e semicondutores orgânicos possuem larguras de banda amplamente ajustáveis, possibilitando que células tandem atinjam eficiências teóricas extremamente altas. Segundo Hou, devido ao peso leve e à flexibilidade de formato, as células solares tandem perovskita-orgânicas são ideais para alimentar drones, dispositivos vestíveis, tecidos inteligentes e equipamentos compatíveis com inteligência artificial. No entanto, a falta de absorvedores eficientes no infravermelho próximo vinha atrasando o avanço dessas células em comparação com outros designs.
Para superar esse desafio, a equipe desenvolveu um aceptor orgânico assimétrico com uma estrutura conjugada estendida. Esse design permite absorver luz profundamente na região do infravermelho próximo, mantendo força motriz suficiente para a separação eficiente de cargas e favorecendo um empilhamento molecular ordenado. Análises de espectroscopia ultrarrápida e física de dispositivos confirmaram que o novo design permite alta coleta de portadores livres com perdas mínimas de energia. Com base no excelente desempenho da subcélula orgânica, os pesquisadores a integraram abaixo de uma célula superior de perovskita de alta eficiência, conectando ambas por meio de um interconector baseado em óxidos condutores transparentes (TCO).
Como resultado, a nova célula tandem alcançou eficiência de conversão fotovoltaica de 27,5% em amostras de 0,05 cm² e 26,7% em dispositivos de 1 cm². Desses, os 26,4% já receberam certificação independente — o valor mais alto registrado entre células tandem perovskita-orgânica, perovskita-CIGS e células de perovskita de junção simples de tamanho equivalente.
O professor Hou destacou que a eficiência dessas películas flexíveis pode superar 30% e que elas são altamente adequadas para produção roll-to-roll, podendo ser integradas sem dificuldade a superfícies curvas ou tecidos. Por exemplo, adesivos inteligentes de monitoramento de saúde poderiam utilizar luz solar para alimentar sensores embarcados, e tecidos inteligentes poderiam monitorar sinais biométricos sem a necessidade de baterias volumosas. Na próxima etapa do projeto, a equipe da NUS focará em melhorar a estabilidade operacional das células em condições reais e no avanço da linha piloto de produção — passo essencial para levar essa tecnologia solar flexível e de alto desempenho ao mercado. Este resultado fornece novo impulso ao desenvolvimento da energia verde e promete ampliar o uso da tecnologia solar em diversos setores.
