O Método SILAR: Uma Promissora Abordagem para Células Solares Mais Acessíveis
Denise Alanis e Luiz Fernando Cótica
Introdução: O Sol como Fonte de Energia do Futuro
A energia solar é uma das fontes renováveis mais promissoras para enfrentar os desafios das mudanças climáticas e garantir um futuro energético sustentável. No centro dessa revolução encontram-se as células solares, dispositivos capazes de converter a luz do sol diretamente em eletricidade. Mas o que exatamente são essas células e por que elas são tão importantes para a transição energética global?
As células solares, também chamadas de células fotovoltaicas [1–4], são componentes semicondutores que utilizam o efeito fotovoltaico para gerar corrente elétrica. Quando a luz solar incide sobre o material semicondutor, os fótons (partículas de luz) transferem energia para os elétrons, liberando-os e criando um fluxo ordenado de cargas. Esse processo é limpo, silencioso e, durante a operação, não produz emissões de gases de efeito estufa.
O Método SILAR: Construindo Filmes Finos Camada por Camada
Para que as células solares funcionem com eficiência, é essencial que seus materiais semicondutores sejam depositados em camadas extremamente finas e uniformes. Diversas técnicas permitem realizar essa deposição, e uma das que mais têm se destacado pela simplicidade e pelo baixo custo é o método SILAR (Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction), ou Adsorção e Reação Sucessiva de Camadas Iônicas.
O SILAR é uma técnica de deposição de filmes finos baseada em reações químicas em solução [5–8]. Diferentemente de métodos que exigem alto vácuo ou temperaturas elevadas, o SILAR opera em condições ambientais, tornando-se mais acessível e menos custoso. O processo consiste em imergir repetidamente um substrato (a base onde o filme será formado) em soluções precursoras, geralmente em quatro etapas:
1. Adsorção de cátions: o substrato é imerso em uma solução contendo íons positivos, que se adsorvem à sua superfície.
2. Lavagem: o substrato é enxaguado com água deionizada para remover o excesso de íons não adsorvidos.
3. Adsorção de ânions e reação: o substrato é imerso em uma solução contendo íons negativos, que reagem com os cátions previamente adsorvidos, formando uma fina camada sólida.
4. Lavagem: nova lavagem remove resíduos e íons não reagidos.
Esse ciclo é repetido quantas vezes forem necessárias até se alcançar a espessura desejada. Cada repetição adiciona uma nova camada atômica ou molecular, possibilitando controle preciso da espessura e, em muitos casos, da composição do filme.
Diferenças em Relação a Outras Técnicas
O método SILAR diferencia-se de técnicas como deposição química a vapor (CVD) ou pulverização catódica (sputtering) principalmente pela simplicidade e pelo baixo custo. Enquanto CVD e sputtering exigem equipamentos complexos, alto vácuo e temperaturas elevadas, o SILAR pode ser realizado em temperatura ambiente e com infraestrutura básica de laboratório.
Outra vantagem é sua compatibilidade com diferentes tipos de substratos, incluindo materiais flexíveis e sensíveis ao calor. Isso amplia consideravelmente o leque de aplicações. Por outro lado, o SILAR pode apresentar taxa de deposição mais lenta e menor controle estequiométrico para materiais de composição complexa, quando comparado a técnicas de deposição em vácuo.
Vantagens do Método SILAR: Simplicidade e Potencial
O SILAR reúne diversas vantagens que o tornam especialmente atraente para a fabricação de células solares e outros dispositivos optoeletrônicos [9]:
- Baixo custo: Por não exigir equipamentos sofisticados ou condições especiais, reduz os custos de implantação e operação. Isso o torna uma alternativa viável para países em desenvolvimento e para a produção de dispositivos solares de baixo custo.
- Simplicidade: O processo é fácil de implementar, operar e reproduzir, exigindo menos treinamento especializado. Isso acelera a pesquisa e facilita a transferência tecnológica para a indústria.
- Escalabilidade: A técnica pode ser adaptada para grandes áreas sem perda significativa de uniformidade, característica essencial para a fabricação de módulos solares.
- Versatilidade de substratos: O SILAR pode ser aplicado a plásticos, tecidos, vidros e diversos materiais flexíveis, possibilitando dispositivos leves, dobráveis e transparentes.
- Controle de espessura e composição: Apesar da simplicidade, permite ajustar a espessura do filme por meio do número de ciclos e, até certo ponto, controlar sua composição.
Essas características tornam o SILAR uma técnica promissora para depositar óxidos metálicos, sulfetos e outros materiais utilizados em células solares de nova geração, como perovskitas e dispositivos baseados em pontos quânticos.
Desafios e Limitações do Método SILAR
Mesmo com tantas vantagens, alguns desafios ainda precisam ser superados [9]:
Controle da morfologia e cristalinidade: A qualidade estrutural dos filmes pode variar, afetando suas propriedades elétricas e ópticas. Avanços em tratamentos térmicos e parâmetros de deposição vêm buscando corrigir esse problema.
Uniformidade em grandes áreas: Manter a mesma espessura em áreas muito grandes é um desafio, podendo comprometer a performance final dos dispositivos.
Incorporação de impurezas: O processo em solução pode introduzir impurezas indesejadas nos filmes. A pureza dos precursores e a eficácia das etapas de lavagem são fundamentais.
Estabilidade a longo prazo: Ainda é necessário compreender e melhorar a durabilidade dos materiais depositados por SILAR, especialmente sob umidade, calor e radiação.
Controle estequiométrico em materiais complexos: Para compostos ternários e quaternários, obter a proporção exata de elementos é mais difícil do que em técnicas baseadas em vácuo.
Pesquisas e Aplicações Promissoras
Apesar dos desafios, o método SILAR vem demonstrando resultados muito promissores em várias áreas:
• Células solares de perovskita: usado na deposição de camadas transportadoras de carga, contribuindo para dispositivos eficientes e de baixo custo [10].
• Células solares de pontos quânticos: permite depositar nanocristais capazes de absorver um espectro mais amplo de luz [11].
• Sensores e fotodetectores: filmes finos obtidos por SILAR são úteis em dispositivos optoeletrônicos leves e sensíveis [12].
• Fotocatálise: materiais produzidos por SILAR vêm sendo aplicados na quebra de poluentes e na produção de hidrogênio [13].
• Dispositivos flexíveis e transparentes: possibilitando células solares integradas a janelas, roupas e superfícies diversas [14].
Essas aplicações ilustram o grande potencial do método SILAR para impulsionar a inovação em energia solar e nanotecnologia.
Conclusão: Rumo a um Futuro Solar Acessível e Sustentável
Com sua simplicidade, baixo custo e versatilidade, o método SILAR surge como uma ferramenta poderosa para tornar a energia solar ainda mais acessível. Ao viabilizar a produção de filmes finos de qualidade em condições menos exigentes, ele contribui diretamente para reduzir os custos de fabricação das células solares.
Embora ainda existam desafios — como melhorias na uniformidade, estabilidade e controle estrutural dos filmes — os avanços científicos indicam que o SILAR continuará evoluindo e ampliando seu impacto. Sua integração com materiais emergentes, como perovskitas e pontos quânticos, reforça sua importância para o futuro da energia limpa.
Em um mundo que exige uma transição energética urgente, o SILAR representa um passo sólido rumo a um futuro mais sustentável, no qual a energia solar poderá ser incorporada a uma infinidade de superfícies do nosso cotidiano, democratizando o acesso à eletricidade renovável e contribuindo para a preservação do planeta.
Referências
[1] Portal Solar. Células Solares: O que São e Como Funcionam?. Disponível em: https://www.portalsolar.com.br/celulas-solares
[2] Iberdrola. Células fotovoltaicas, gerando eletricidade a partir da luz. Disponível em: https://www.iberdrola.com/quem-somos/nosso-modelo-inovacao/celulas fotovoltaicas-fotoeletricas
[3] Enel Green Power. Célula fotovoltaica. Disponível em: https://www.enelgreenpower.com/pt/learning-hub/energias-renoveveis/energia solar/celula-fotovoltaica
[4] Huawei. Como funciona a célula solar: da luz do dia à luz elétrica. Disponível em: https://solar.huawei.com/br/blog/2025/how-solar-cell-works
[5] Ratnayake, S. P.; Ren, J.; Colusso, E.; Guglielmi, M.; Martucci, A.; Gaspera, E. D. SILAR Deposition of Metal Oxide Nanostructured Films. Small 2021, 17, 2101666. Disponível em: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202101666
[6] Patwary, Md A. M.Thin Films Processed by SILAR Method. Disponível em: https://www.intechopen.com/chapters/85328
[7] Ho Soonmin. Recent Advances in the Growth and Characterizations of SILAR-Deposited Thin Films. Appl. Sci. 2022, 12(16), 8184; https://doi.org/10.3390/app12168184 Disponível em: https://www.mdpi.com/2076-3417/12/16/8184
[8] Patwary, Md A. M.; Hossain, Md A.; Ghos, B. C.; Chakrabarty, J.; Haque, S. R.; Rupa, S. A.; Uddin, J.; Tanaka, T. Copper oxide nanostructured thin films processed by SILAR for various applications. RSC Adv., 2022, 12, 32853-32884. Disponível em: https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2022/ra/d2ra06303d
[9] Ho Soonmin. Characterization of SILAR Deposited Co9Se8 Films (trisodium citrate=complexing agent) International Research Journal of Advanced Engineering and Science, Volume 7, Issue 2, pp. 335-339, 2022. Disponível em: https://www.researchgate.net/figure/The-advantages-anddisadvantages-of-different-deposition_tbl1_361160737
[10] Dehghanab, M.; Behjat, A. Deposition of zinc oxide as an electron transport layer in planar perovskite solar cells by spray and SILAR methods comparable with spin coating. RSC Adv.,2019,9,20917.
[11] Pasarán, A. C.; Luke, T L..; Esparza, D.; Zarazúa, I.; Rosa, E. De la; Ramírez, R. F.; Ordaz, A. A.; Solís, A. S.; Castro, A. T.; Zhang, J. Z. Photovoltaic properties of multilayered quantum dot/quantum rod-sensitized TiO2 solar cells fabricated by SILAR and electrophoresis. Phys.Chem.Chem.Phys., 2015, 17, 18590.
[12] Sezen Tekin, S.; Abdioglu, B. U.; Karaduman Er, I.; Acar, S. Performance evaluation of SILAR deposited Rb-Doped ZnO thin film for photodetector applications. Journal of Sol-Gel Science and Technology (2024) 111:891–908.
[13] Al Miad, A.; Saikat, S. P.; Alam, Md. K.; Hossain, Md. S.; Bahadur, N. M.; Ahmed, S. Metal oxide-based photocatalysts for the efficient degradation of organic pollutants for a sustainable environment: a review. Nanoscale Adv., 2024, 6, 4781-4803.
[14] Li, X.; Li, P.; Wu, Z.; Luo, D.; Yu H. Yu; Lu, Z. H. Review and perspective of materials for flexible solar cells. Materials Reports: Energy 1 (2021) 100001.
Denise Alanis
Prof. Dr. Luiz Fernando Cótica (docente da UEM)
Essa pesquisa
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