Perovskite Solar Cells are ushering in a new age in sustainable energy

A field of solar panels by Michael Pointner

It might still be too early to tell, but this new technology is giving silicon solar cells a run for their money.

In 2025 the highest certified efficiency for a single-junction perovskite solar cell is 26.7%. To put this into perspective, a regular solar cell has an efficiency rate between 15 and 22%.This may not seem like much but it’s enough to put a significant dent in your energy bill.

As solar panels have become cheaper more and more countries, companies, and individuals are looking at solar power as a sustainable and accessible energy solution. It’s even likely that you or someone you know has already installed a couple of solar panels on their roof.

However, not all solar panels are the same, and in recent years, perovskite solar panels have gained a lot of momentum for their remarkable efficiency, low production costs, and versatility. In this article, we will dive into the science behind perovskite solar panels, their advantages, challenges, and the potential they hold for revolutionizing the future of solar energy.

What is Perovskite?

Perovskite can actually mean two things: a mineral and a crystal structure. The mineral perovskite, also known as calcium titanium oxide (a bit of a mouthful), was discovered in the Ural Mountains in Russia, by Gustav Rose, a German mineralogist, in 1839.

However, the thing that made perovskite stand out wasn’t the mineral itself but its crystal and chemical structure. Here’s a quick chemistry lesson: The general chemical formula for perovskite materials is ABX₃, where 'A' and 'B' are cations of different sizes, and 'X' is an anion that bonds to both cations.

Even though perovskite itself is a very common mineral found in nature, perovskite solar panels don’t use it. Instead they rely on hybrid organic-inorganic lead or tin halide based compounds such as Methylammonium Lead Iodide (MAPbI3) and Formamidinium Lead Iodide (FAPbI3).

These materials have unique optoelectronic properties that make them highly efficient at converting sunlight into electricity.

What makes perovskite solar panels so efficient?

The working principle behind perovskite solar panels is similar to that of other photovoltaic technologies. When sunlight strikes the perovskite layer, it excites electrons, creating electron-hole pairs. These are then separated and collected at the electrodes, generating an electric current. The efficiency of this process is influenced by the quality of the perovskite material, the architecture of the solar cell, and how different layers interact between them.

So, basically, when we talk about efficiency in solar panels, we are referring to their ability to convert sunlight into electricity. Perovskite materials excel in this regard due to their high absorption coefficient, which means they can absorb a significant amount of sunlight even in thin layers. This allows perovskite solar panels to be much thinner and lighter than traditional silicon-based solar panels.

Which means you can have a more efficient solar panel, with lower production costs, that can not only be used on rooftops, but also in windows, balconies, cars and other vehicles, and also in small or even wearable devices.

Imagine having a small solar powered lightweight energy unit that you can take with you when you go camping to power your devices. This technology could also be used to power remote or impoverished areas with no access to the energy grid, by a fraction of the cost of a regular solar panel.

But this isn’t all that a perovskite solar panel can do. Perovskite materials can also be easily tuned by varying their chemical composition, this means you can optimize these materials for different light conditions and applications. For instance, you can design perovskite solar panels to absorb a broader range of the light spectrum to increase their overall energy efficiency.

You can also combine perovskite solar cells with other photovoltaic materials, such as silicon, to create a tandem solar cell. These tandem cells can achieve higher efficiencies by capturing a wider range of the light spectrum.

Perovskite-silicon tandem cells have already demonstrated efficiencies well above 29%, surpassing the theoretical limit of single-junction silicon solar cells.

What about any downsides?

You may, however, be asking yourself, if perovskite solar panels are so great, why aren’t they being rolled out everywhere.

Well, in spite of their many advantages, perovskite solar panels still face several challenges that need to be addressed before they can be widely adopted.

One of the main concerns with perovskite solar panels is their long-term stability. Perovskite materials are sensitive to environmental factors such as moisture, oxygen, and UV light, which can degrade their performance over time. Researchers are actively working on developing more stable perovskite formulations and encapsulation techniques to protect the cells from these issues.

Another problem is that most perovskite materials contain lead, which we all know can be toxic. However, while the amount of lead used in perovskite solar panels is relatively small, it might still have an impact on public health and the environment, if they’re not properly disposed of and or recycled. To resolve this issue, efforts are underway to develop lead-free perovskite materials, such as those based on tin or other non-toxic elements.

Since this is a new technology, most of the data we have on its performance has come from testing in controlled laboratory settings. This means that scaling up perovskite solar panels for commercial use might not yet be viable. Issues such as uniformity, reproducibility, and the development of large-scale manufacturing processes need to be addressed to ensure consistent performance and reliability.

Perovskite solar cells have also reported efficiency losses associated with charge recombination, interface defects, and other factors that require more research to mitigate these issues and to improve their overall performance.

As we confront the pressing challenges of climate change and energy sustainability, perovskite solar cells emerge as a beacon of hope. Their unique properties and advantages could help unlock a new era of renewable energy, making solar power more efficient, accessible, and versatile than ever before.

As researchers continue to innovate and perfect this technology, we may soon find ourselves living in a world where access to clean, renewable energy is not just a long-term goal but a daily reality thanks, in part, to the remarkable capabilities of perovskite materials.

As Terras do Meu Verão

Foto: Paleokastritsa (Corfu, Grécia); Autor: Adriano Cerqueira

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O Regresso da Véspera da Véspera de Natal Parte XVIII

366 dias, 237 entrevistas, 90 Segundos de Ciência, 26 Bilharacos, mais de três mil anos de “Eureka! As Descobertas Que Mudaram o Mundo”, quatro cortes nas taxas de juro, um litro de azeite no joelho, e 0 pencas depois, sejam bem-vindos a mais um episódio do Regresso da Véspera da Véspera de Natal, a tradição anual mais aguardada pelos fiéis seguidores da Igreja Universal do Sagrado Chinelo, e por todos aqueles cujo ódio a pencas os une neste santo dia.

Anteriormente em A Véspera da Véspera de Natal:

“É o Mindo! Ele está vivo. Está a comer queijadas com o Eça de Queiroz, mas está vivo!”

“Grande Scott Pilgrim, esqueci-me de calcular para o peso destes passageiros. Estamos no sítio certo mas o carro perdeu óleo.”

Depois:

Mindo, o Capitão Iglo e a Menina do Gás entram no Punto GT e juntam-se aos restantes. Doc, o Brown, coloca as coordenadas para o presente, desta vez sem se esquecer de calcular o peso do Mindo e da toalha de Eusébio.

O alfa arranca e começa a empurrar o Punto GT. Jesus, o Cristo, que por ali descansava já fora das suas palhas, vê o Punto GT desaparecer numa bola de raios, coriscos, e secretos de porco preto.

Ao seu lado, a figura imponente com um casaco de cabedal e óculos de sol aparece por entre as sombras da floresta e toca no seu ombro.

“O Mindo foi sinalizado como alvo para exterminação, vem comigo se quiseres que ele viva”.

Entretanto, no Punto GT, o Capitão Iglo, a Menina do Gás, Jesus, o Jorge, Jorge, o Palma, Mindo, Doc, o Brown, e a toalha de Eusébio estão a ser empurrados pelo alfa.

“Quando é que chagamos aos oitochentcha e oitcho?”, grita Jesus, o Jorge, abalado pelas vibrações do Punto GT.

Raios, coriscos, e secretos de porco preto começam a envolver o veículo à medida que o ponteiro se aproxima dos 90. Um curto-circuito – daqueles eléctricos, não o que dá na SIC Radical (sim, ainda dá, não o cancelaram depois do Alvim e do Unas saírem de lá) – como estava a dizer, um curto-circuito atinge o capacitador de fluxo.

“Grande Sco…” mas antes de terminar a palavra Doc, o Brown, Mindo, a Menina do Gás, os restantes passageiros, e o Punto GT desaparecem de vista.

Horas mais tarde Mindo desperta no colo de Jorge, o Palma, envolto na toalha de Eusébio. Estão ainda dentro do Punto GT mas algo parece diferente.

“Isto é subjectivo”, diz Mindo com o arraste de voz de alguém que acabou de acordar com uma enorme dor de cabeça.

À sua volta está uma floresta não muito diferente daquela que existia em torno do Ramalhete mas nem o alfa, nem a linha de comboio, nem as queijadas, nem as soirées, por ali se encontravam.

“Um curto-circuito abalou o capacitador de fluxo e viemos parar ao destino errado. É o que dá usares óleo de mistura em vez de girassol, Doc”, explica o Capitão Iglo olhando para Doc, o Brown, com ar de quem não vai partilhar o último douradinho com ele.

“Destino, não. Data errada. E se queres vai tu comprar o óleo que nem com os descontos de Natal do Continente eu tenho dinheiro para pagar isso”, responde Doc, o Brown.

“Onde… Quando viemos parar?”, questiona a Menina do Gás.

Jorge, o Palma, procura por uma garrafa de uísque para com quem ter uma conversa já que Jesus, o Jorge, ainda não decidiu que pronúncia de portunhol melhor se adequa à sua situação.

“33”, responde Doc, o Brown.

“Há 33 anos? Estamos em 1991? Mais um pouco e podíamos ir visitar a Expo 97”, diz a Menina do Gás.

“Sempre quis ir ao Tripanário”, responde o Capitão Iglo.

“Antes fosse, mas não. Estamos no ano 33. O Ramalhate. Não. Pior. As queijadas ainda não foram feitas e o pessegueiro de D. Marcelo, o Afecto ainda não foi plantado”, suspira Doc, o Brown, levando as mãos à cabeça em desespero.

Jorge, o Palma, desiste de procurar um uísque para com quem ter uma conversa e pergunta a Doc, o Brown, se não podiam simplesmente usar o Punto GT para regressar para o presente.

“Consigo reparar o capacitador de fluxo mas o Punto GT continua sem óleo e o próximo alfa só volta a passar daqui a dois mil anos”

“Ano trinte e três? Conheço um tipo que é capaz de nos ajudar”, diz Jesus, o Jorge, que perante o desespero da situação decide ser eloquente. “Temos só um problema”, acrescenta.

“Qual?”, pergunta Doc, o Brown.

“Ele vive na Galileia e segundo me lembro é por esta altura que o vão tirar das suas palhas”.

Uma esfera de raios, coriscos, e cebolada de moelas, aparece de repente próxima do Punto GT. Dentro dela está a figura imponente com um casaco de cabedal e óculos de sol.

“Não devias estar nu?”, pergunta a toalha de Eusébio.

“Isso é subjectivo”, exclama Mindo ainda zonzo e triste por não encontrar nenhum íman por ali perto.

“Venham comigo se quiserem regressar ao presente”, exclama a figura imponente esticando a mão.

A esfera de raios, coriscos, e cebolada de moelas, expande. Mindo, Jesus, o Jorge, a Menina do Gás, e o Capitão Iglo, aceitam o convite, deixando Doc, o Brown, Jorge, o Palma, e a tolha de Eusébio para trás para finalizarem as reparações no Punto GT.

A esfera envolve o grupo e transporta-os para a Galileia onde um jovem Jesus, o Cristo, estava a acabar de montar uma mesa do Ikea para um cliente.

“Trouxeste-me as queijadas?”, pergunta Jesus, o Cristo, ao aperceber-se da presença da figura imponente com um casaco de cabedal e óculos de sol.

“Esqueçeram-se-mas”, responde o Capitão Iglo, piscando o olho a Mindo.

“Eu pedi-te para relembrares o Eça antes de voltares”, diz uma voz do interior da casa. Na porta está Jesus, o Cristo, o actual, não o jovem, Fernando Pessoa e os seus heterónimos.

“Isto é demasiado ai Jesus para a minha cabeça”, suspira a Menina do Gás confusa com a presença dos heterónimos e com os dois Jesuses à sua frente.

Uma carrinha dos Pregos Garcia passa por ali sem parar e a fazer sinais de luzes.

“Está quase na hora de ires para o jardim”, diz Jesus, o Cristo, o actual, a Jesus, o Cristo, o jovem.

“Porque é que a carrinha diz que tem dois mil anos de garantia se estamos no ano 33?”, pergunta Jesus, o Jorge.

“Quando encontras um slogan que funciona não vale a pena mudar”, responde Fernando Pessoa e os heterónimos.

“Estamos a ficar sem tempo”, reforça a figura imponente.

“Ok, ok. Já percebi que não me trouxeram as queijadas mas como combinado transformei este vinho em azeite”, responde Jesus, o Cristo.

“Não era suposto ser água?”, pergunta a Menina do Gás.

“Não, Doc, o Brown, pediu azeite. Era mais fácil transformar em vinagre, mas enfim, eu gosto de desafios.”

A figura imponente segura no garrafão de azeite e reactiva a esfera de raios, coriscos, e cebolada de moelas. Jesus, o Cristo, Mindo, a Menina do Gás, o Capitão Iglo, Jesus, o Jorge, Fernando Pessoa e os seus heterónimos entram na bolha.

Na estrada Virgílio e Dante passeiam em direcção a Jerusalém para perguntar sobre a situação política em Florença.

“Isso é subjectivo” grita Mindo, antes que qualquer um possa abrir a boca. E tão rápido como chegou, Mindo e o seu grupo desaparecem de vista.

De regresso ao Punto GT, Doc, o Brown, finaliza as reparações no capacitador de fluxo.

A esfera reaparece e dentro dela regressa Mindo e o seu grupo, agora com Jesus, o Cristo, Fernando Pessoa e os seus heterónimos.

A figura imponente despede-se deles e reinicia a esfera.

“Espera. Não tinhas dito que o Mindo foi sinalizado como alvo para exterminação?”, pergunta Jesus, o Cristo, ora nas palhas estendido, ora nas palhas deitado.

“Quando regressarem ao presente perguntem a Vasco da Gama para vos levar ao pessegueiro de D. Marcelo, o Afecto na sua nau espacial. Explicarei tudo lá”.

“Como é que vamos meter toda esta gente no carro?”, pergunta Jorge, o Palma.

“Fernando Pessoa e os heterónimos vão na mala, os restantes vão ter que ir ao colo uns dos outros”, responde Doc, o Brown, finalizando as reparações do capacitador de fluxo.

“Não é óleo de girassol mas deve chegar”, diz o Capitão Iglo depois de despejar o garrafão de azeite no depósito do carro.

“Usaste o cupão de 10%?”, pergunta Jesus, o Jorge, a Jesus, o Cristo, enquanto este abre a app do Continente para fazer recuperar cupões.

Doc, o Brown, regressa ao volante do Punto GT e introduz as coordenadas para o presente. Mindo, o Capitão Iglo, a Menina do Gás, a toalha de Eusébio, Jesus, o Jorge, Jorge, o Palma, e Jesus, o Cristo, entram no carro, enquanto Fernando Pessoa e os seus heterónimos aconchegam-se na mala.

“Para onde vamos, não precisamos de estradas”, diz Doc, o Brown, sem que ninguém lhe fizesse o set up para usar essa frase.

O Punto GT começa a levitar graças ao azeite transformado em vinho.

“Não era o vinho que tinha sido transformado em azeite?”, pergunta a Menina do Gás.

Isso. Devido ao vinho transformado em azeite. E desaparece do ano 33.

De regresso ao presente, a figura imponente com um casaco de cabedal e óculos de sol aparece junto ao pessegueiro de D. Marcelo, o Afecto. Uma mala estranha que parece abandonada encontra-se junto à base do tronco.

A figura imponente abre-a e um contador com números vermelhos começa a andar para trás. Restam 59 minutos e 59 segundos.

É uma bomba? Um aviso? Será que o Mindo vai finalmente encontrar um íman?

Não percam o próximo episódio, porque nós também não!

Esta épica história regressa na próxima Véspera da Véspera de Natal.

Até lá continuem a celebrar o dia mais aguardado ao longo de todo o ano. Dediquem estas horas a espalhar pelo Mundo as palavras de felicidade que só um dia como o 23 consegue transmitir, não se esqueçam de pagar o condomínio, e lembrem-se que os vossos amigos que nasceram a 29 de Fevereiro só voltam a fazer anos em 2028.

Pois hoje é a Véspera da Véspera de Natal, dêem as mãos e cantem todos comigo:

Morram pencas, morram! Pim!

Do Supercontinente Dominado por Dinossauros ao Movimento das Placas Tectónicas

Ilustração de Ricardo Galvão

Quando olhamos para um mapa, o nosso primeiro instinto passa por encontrar o nosso país ou a nossa cidade. Se estivermos com vontade de viajar, talvez paremos para traçar a distância entre a nossa casa e o próximo destino de férias. Mas, se nos afastarmos um pouco e começarmos a observar o traçado de cada continente, começamos a ver algumas semelhanças.

A mais óbvia é a forma como a costa da América do Sul parece encaixar perfeitamente com a costa africana. Como duas peças de um puzzle à escala continental.

Mais estranha esta coincidência fica quando descemos ao terreno e encontramos estruturas geológicas, como vales e montanhas, que parecem ter sido partidos ao meio pela separação destas duas massas continentais.

Para além disso, quando escavamos o solo, encontramos rochas e fósseis idênticos em ambas as margens dos continentes.

Atualmente, sabemos que isto acontece porque África e América do Sul fizeram parte de um supercontinente chamado Gondwana, juntamente com Madagáscar, com o subcontinente indiano, com a Austrália e com a Antártida.

Este supercontinente começou a separar‐se há cerca de 140 milhões de anos, num mundo ainda dominado por dinossauros. E, muito antes disso, a própria Gondwana tinha‐se já separado de outro supercontinente, conhecido por Pangeia que, para além da Gondwana, era composto também pelas massas continentais que um dia viríamos a chamar de Europa, Ásia e América do Norte.

O movimento dos continentes e das placas oceânicas é hoje conhecido por tectónica de placas. Um fenómeno que moldou a superfície da Terra desde há 3,4 mil milhões de anos e que continua ativo ainda hoje.

Placas Tectónicas

Se cortarem uma cebola ao meio, podem ver que esta é feita por camadas que se diferenciam a partir de um núcleo central. E, tal como acontece com a cebola, também o nosso planeta está dividido em camadas.

A camada que vai desde a superfície até uma profundidade entre os 40 e os 70 quilómetros é conhecida por crosta. A crosta é constituída maioritariamente por rocha sólida e tem uma espessura que pode variar entre os 5 e os 70 quilómetros.

A parte mais fina da crosta terrestre pode ser encontrada na bacia oceânica. Esta é composta essencialmente por basalto, uma rocha vulcânica, e tem uma espessura que varia entre os 5 e os 10 quilómetros.

Por baixo da crosta está o manto. O manto é a camada mais espessa da estrutura terrestre, atingindo uma profundidade de 2900 quilómetros. Esta camada está, na verdade, dividida em duas, o manto superior e o manto inferior, separados por uma zona de transição.

O manto é composto por minerais de silicatos ricos em ferro e magnésio que, por ação da pressão e das temperaturas elevadas, adquire uma viscosidade que lhe confere propriedades próximas às de um líquido.

A viscosidade destas rochas faz com que elas se movam em correntes de convecção entre o limite do núcleo e a crosta. O material mais quente sobe enquanto o material mais frio se afunda.

O movimento destas correntes tem um papel fundamental na tectónica de placas, permitindo que estas se movam.

A seguir ao manto encontramos o núcleo. Este está dividido em duas regiões, o núcleo externo e o núcleo interno. O núcleo externo é uma camada líquida composta essencialmente por ferro e níquel e situa‐se entre os 2900 e os 5150 quilómetros de profundidade.

O núcleo interno está a 6371 quilómetros de profundidade e é onde, por fim, chegamos ao centro da Terra. Mas, em vez de uma praia paradisíaca com dinossauros e homens primitivos, o núcleo interno da Terra é na verdade uma camada sólida com 70% do tamanho da Lua composta por uma liga de ferro e níquel. Esta camada tem uma temperatura média próxima da da superfície do Sol, atingindo os 5430 °C.

De regresso à superfície, para explicar a tectónica de placas primeiro precisamos de compreender a natureza da litosfera e da astenosfera.

A litosfera é a camada sólida mais exterior do nosso planeta e é composta pela crosta e pela parte superior do manto, podendo atingir os 100 quilómetros de profundidade. Já a astenosfera é a zona superior do manto terrestre, localizada entre os 80 e os 200 quilómetros de profundidade.

É na litosfera que encontramos as placas tectónicas que assentam e interagem diretamente com a astenosfera.

Como a astenosfera é uma camada menos rígida que a litosfera, esta permite que as placas tectónicas se movimentem sobre si. Isto faz da astenosfera uma camada fundamental para a movimentação horizontal e vertical das placas tectónicas.

Como se lembram, este movimento é alimentado pelas correntes de convecção entre o manto e a crosta terreste.

As Terras do Meu Verão

 

Foto: Ilhas Phi Phi (Tailândia); Autor: Adriano Cerqueira

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