Um novo suporte instalado no acelerador Sirius, em Campinas, deixa cientistas enxergar por dentro uma célula solar de perovskita ligada, sob luz, calor e umidade, em escala nanométrica, e ver o que muda no material
Quase sempre a célula solar é examinada fora de operação, como uma peça parada no laboratório. Pesquisadores do CNPEM, em Campinas, criaram um suporte para o acelerador Sirius que muda isso: com raios X, ele enxerga o interior do dispositivo gerando eletricidade, com luz, temperatura e umidade controladas.
Entrada do prédio do Sirius, no CNPEM, em Campinas (SP). Foto: Tex.Bold, Wikimedia Commons, licença CC BY-SA 4.0, recortada.
É difícil ver o que acontece dentro de uma célula solar porque o material muda enquanto trabalha, e qualquer deslocamento minúsculo tira o alvo do foco dos raios X. O novo suporte do Sirius resolve essa parte e permite olhar a célula ligada, segundo a Agência FAPESP.
O que o Sirius ganhou
O instrumento foi desenvolvido por cientistas do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) e fica na linha de luz Carnaúba, uma das 12 já instaladas no Sirius. É uma plataforma de microscopia de raios X com alta estabilidade mecânica.
Em vez de analisar peças isoladas, ela avalia dispositivos completos gerando eletricidade, simulando a exposição diária à luz, ao calor e à umidade. O primeiro autor do estudo, Rodrigo Szostak, é pesquisador do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS-CNPEM).
Perovskita: a célula que ainda tem perguntas em aberto
A plataforma foi pensada principalmente para células solares de perovskita, tecnologia que avançou rápido por causa da alta eficiência e de uma fabricação relativamente simples, em baixas temperaturas e sem vácuo.
Szostak lembra que essas células têm só 15 ou 20 anos de desenvolvimento, mas já há empresas lançando produtos comerciais. Uma das perguntas mais importantes que seguem abertas é a estabilidade, ou seja, o que acontece com o material ao longo do uso.
Por que ver uma célula solar funcionando é tão difícil
Durante a operação o material não fica parado. Luz, calor, umidade e a própria tensão elétrica podem mudar a estrutura e a composição dele, e algumas mudanças são reversíveis, enquanto outras podem contribuir para a degradação.
Para acompanhar essas mudanças é preciso olhar a mesma região várias vezes. Só que a exposição repetida aos raios X pode aquecer, dilatar e deslocar o dispositivo. O feixe tem cerca de 200 nanômetros, o que a fonte descreve como centenas de vezes mais fino que um fio de cabelo.
Aquecer sem perder o alvo
A equipe construiu a própria célula sobre um pequeno chip de vidro. De um lado fica a camada transparente e condutora onde a perovskita é construída, e do outro dois circuitos de platina: um aquece e o outro mede a temperatura.
O aquecimento se concentra em 3 por 3 milímetros, o que reduz a dilatação. O suporte usa uma liga de titânio de baixa expansão térmica e peças flexíveis que deixam o vidro dilatar sem quebrar.
Os números de estabilidade
Nos testes, a amostra foi levada repetidamente de 30 °C a 150 °C durante cerca de 20 horas. Nessa variação de 120 °C, o deslocamento foi de só 5 micrômetros na vertical e 1 micrômetro na horizontal, e a amostra voltava praticamente à posição anterior.
A temperatura programada é alcançada em menos de dois minutos. A 150 °C ela ficou estável, com oscilações em geral abaixo de 0,1 °C, por 50 minutos. Szostak diz que, pela revisão de literatura dele, é provavelmente a melhor estabilidade de posição já obtida nesse tipo de experimento.
Luz, calor e umidade no mesmo equipamento
Além do aquecedor, o dispositivo tem uma câmara fechada onde circulam gases, com a umidade acompanhada na entrada e na saída. Isso permite investigar o papel da umidade na degradação das perovskitas.
Para a luz, a equipe usou um LED branco de banda larga, porque uma lâmpada de xenônio seria grande demais para a estação. Na posição que libera o caminho dos raios X, o LED entrega hoje cerca de 30% da radiação solar de referência, e melhorar isso é um dos próximos passos.
| Variável | Como o equipamento controla | Número da fonte |
|---|---|---|
| Temperatura | Chip de vidro com aquecedor e sensor de platina, área aquecida de 3 por 3 mm | 30 °C a 150 °C; patamar de 150 °C estável por 50 minutos |
| Tempo de resposta | Controle térmico rápido | Menos de 2 minutos para chegar à temperatura programada |
| Luz | LED branco de banda larga no lugar da lâmpada de xenônio | Cerca de 30% da radiação solar de referência na posição lateral |
| Umidade | Câmara fechada com circulação de gases, medida na entrada e na saída | Sem valor de umidade informado na matéria da FAPESP |
| Estabilidade | Liga de titânio de baixa expansão e elementos flexíveis | 5 micrômetros na vertical e 1 micrômetro na horizontal |
Arte: Watts & Wild, com dados da Agência FAPESP de 2 de outubro de 2026.
O que os raios X mostraram na célula
Na estação Tarumã, da linha Carnaúba, a fluorescência de raios X mapeou a distribuição de iodo e chumbo no dispositivo. A difração permitiu ver individualmente grãos de perovskita com cerca de 2 micrômetros e a distância entre os átomos da estrutura.
Numa demonstração, os pesquisadores mapearam a estrutura cristalina a 40 °C e de novo a 65 °C, e observaram diretamente o aumento esperado do parâmetro de rede. Foi possível medir curvas de corrente e tensão e ver a resposta quando a luz era ligada e desligada.
Quem pode usar e o que vem depois
O equipamento já é multiusuário, disponível para a comunidade científica, e há vários experimentos em andamento. Também serve para células orgânicas, de pontos quânticos e LEDs construídos sobre vidro compatível.
A linha Carnaúba ainda estuda baterias, plantas, sementes e amostras paleontológicas, segundo Szostak. Quem acompanha a energia solar e eólica no Brasil verá esse tipo de pesquisa chegar aos painéis do futuro, mas o prazo não foi dado pela equipe.
De onde vem a luz que a célula converte
Toda essa precisão serve a um objetivo simples: converter melhor a luz do Sol em eletricidade. O Sol que alimenta os painéis também tem seus humores, como mostra a matéria sobre erupção solar e redes de internet.
Para uma ideia da escala dessa estrela, vale ver quantas Terras cabem dentro do Sol. O experimento do Sirius, em compensação, trabalha com grãos de 2 micrômetros.
O limite do que o estudo já provou
O artigo descreve o instrumento e uma demonstração com uma célula, não um teste de durabilidade de painéis. A matéria da FAPESP não traz dados de eficiência nem de vida útil das células observadas.
Que a plataforma ajudará a achar as causas da degradação é a expectativa dos autores, e as respostas virão em estudos futuros. A pesquisa saiu na revista Photon Science, em agosto, com apoio da FAPESP, e o artigo está disponível no site da ACS.
Fontes: Agência FAPESP, 2 de outubro de 2026. Photon Science (ACS), artigo de agosto de 2026.
