Acelerador Sirius: o instrumento que vê células solares em ação

O acelerador Sirius, em Campinas (SP), ganhou um instrumento que permite algo raro: observar uma célula solar enquanto ela funciona, com luz, calor e ar controlados, e não depois, quando a amostra já foi desmontada. O equipamento foi instalado na estação Tarumã, da linha de luz Carnaúba, e já está aberto a pesquisadores de fora, segundo a Agência FAPESP, que noticiou o trabalho em 2 de outubro de 2026.

Parece um detalhe de laboratório, mas é o tipo de avanço que decide se uma tecnologia de energia sai do papel. As células solares de perovskita, uma das grandes apostas para painéis mais baratos e leves, ainda estragam rápido demais. Para entender por quê, os cientistas precisam ver o que acontece dentro do material na hora em que ele trabalha. É exatamente isso que o novo instrumento faz.

Neste texto, explicamos o que é o Sirius, como funciona a “luz síncrotron”, o que o instrumento brasileiro mede e por que isso importa para quem um dia vai colocar energia solar no telhado.

O que é o acelerador Sirius

O Sirius é a fonte de luz síncrotron brasileira, construída e operada pelo Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas, uma organização social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI). O próprio Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) o descreve como a maior e mais complexa infraestrutura científica já construída no país, aberta a pesquisadores do Brasil e do exterior. Cerca de 85% do investimento foi gasto no Brasil.

A primeira etapa foi inaugurada em 14 de novembro de 2018. Na época, o CNPEM informou que o acelerador principal tem 518 metros de circunferência, que o prédio soma 68 mil metros quadrados e que o projeto custou R$ 1,8 bilhão, segundo os números divulgados pelo centro. O Sirius é uma fonte de quarta geração, e o LNLS afirma que ele tem o maior brilho do mundo entre as fontes de luz síncrotron da sua faixa de energia.

Luz síncrotron, em português claro

Dentro do Sirius, elétrons são acelerados até quase a velocidade da luz e ficam girando num anel. Quando a trajetória deles é curvada por ímãs, eles soltam uma luz extremamente brilhante, que vai do infravermelho aos raios X, explica o LNLS. Essa luz é desviada para as linhas de luz: corredores longos, cada um com equipamentos próprios, que funcionam como microscópios especializados.

Uma analogia ajuda: pense no anel como uma usina que produz uma lanterna poderosíssima, e nas linhas de luz como salas onde essa lanterna é focada para examinar algo bem de perto, como uma rocha, uma semente, uma bateria ou, agora, uma célula solar ligada.

A Carnaúba é uma dessas linhas. Com 143 metros, era a mais longa do Sirius quando a Revista Pesquisa FAPESP a descreveu, em 2023, e opera desde dezembro de 2021. Segundo a Agência FAPESP, ela é uma das 12 linhas já instaladas no acelerador e foi projetada para feixes de raios X muito focalizados. “Basicamente, a linha de luz Carnaúba é um microscópio superpotente”, resumiu o físico Rodrigo Szostak, do LNLS-CNPEM.

Como o instrumento vê a célula solar funcionando

O trabalho, liderado por Szostak, foi publicado na revista científica Photon Science e teve apoio da FAPESP por meio de uma bolsa de pós-doutorado. A ideia central, nas palavras dele: “Buscamos reproduzir uma condição normal de operação da célula solar”. Para isso, a equipe montou um pequeno ambiente que simula o mundo real dentro da estação Tarumã.

Um chip que vira célula solar

A base é uma lâmina de vidro coberta, de um lado, por óxido de índio e estanho (ITO), um material transparente que conduz eletricidade. Sobre ele, os pesquisadores constroem a célula de perovskita. Do outro lado do vidro, dois circuitos finos de platina fazem o papel de aquecedor e de termômetro. Segundo a Agência FAPESP, a área aquecida tem 3 × 3 milímetros e chega a 150 °C; sem o vidro condutor, o sistema alcança 300 °C.

O controle é fino: a temperatura programada é atingida em menos de 2 minutos e, a 150 °C, a oscilação ficou em geral abaixo de 0,1 °C por 50 minutos. O suporte foi feito em liga de titânio que quase não dilata com o calor, para que a amostra não “fuja” do feixe. Nos testes de cerca de 20 horas, com ciclos entre 30 °C e 150 °C, o deslocamento foi de cerca de 5 micrômetros na vertical e 1 micrômetro na horizontal, de forma reversível.

Luz de Sol, ar controlado e um feixe finíssimo

A célula fica numa pequena câmara fechada, com gases circulando e a umidade medida na entrada e na saída. Para fazer o papel do Sol, a equipe testou lâmpadas e ficou com um LED branco: uma lâmpada de xenônio era grande demais para a estação, e o LED tinha a luz mais parecida com a solar entre as opções avaliadas.

De frente para a célula, o LED chega a cerca de 100 mW/cm², o equivalente ao Sol. Na posição lateral exigida pelo feixe, porém, fica em cerca de 30% disso, um ponto que a equipe quer melhorar.

O feixe de raios X tem cerca de 200 nanômetros, centenas de vezes mais fino que um fio de cabelo, compara Szostak. Com ele, a estação combina várias técnicas ao mesmo tempo:

• Difração de raios X: mostra como os átomos estão organizados no cristal;
• Fluorescência de raios X: mapeia onde está cada elemento químico;
• Espectroscopia de absorção: revela o estado químico e a distância entre os átomos;
• Medições elétricas: curvas de corrente e tensão, que mostram se a célula está gerando energia.

Na demonstração, a equipe montou uma célula solar de perovskita completa sobre o chip, mediu a resposta com a luz ligada e desligada, mapeou a distribuição de iodo e chumbo e enxergou grãos individuais do cristal, com cerca de 2 micrômetros. Ao aquecer a amostra de 40 °C para 65 °C, o cristal se dilatou como esperado, sinal de que o sistema capta mudanças reais durante o funcionamento.

Por que a célula de perovskita precisa desse tipo de exame

A perovskita é um material com estrutura cristalina que funciona como semicondutor, feito em laboratório com compostos como iodeto de chumbo e brometo de césio, segundo reportagem da Revista Pesquisa FAPESP de dezembro de 2023. A atração é grande: essas células são fabricadas em processos relativamente simples, a baixas temperaturas e sem vácuo, lembra a Agência FAPESP, o que pode baratear a produção.

A evolução também impressiona. Na mesma reportagem de 2023, a eficiência das células de perovskita tinha passado de 3,8% para 26,1% em menos de 15 anos, em dispositivos pequenos de laboratório, enquanto os painéis comerciais de silício ficavam entre 15% e 20%. Combinadas com o silício, nas chamadas células tandem, elas chegaram a 33,7% em laboratório.

O problema é a durabilidade. Um módulo de silício pode durar até 30 anos com pouca perda; as células de perovskita chegavam a pouco mais de um ano, e com muito esforço, segundo a Pesquisa FAPESP. Umidade, calor, oxigênio e a própria luz do Sol podem danificá-las, e os átomos do material se movem muito, o que ajuda a explicar a instabilidade. Há ainda a preocupação com o chumbo, um elemento tóxico.

É aqui que o instrumento do Sirius entra. Se a célula degrada por causa de calor, umidade ou luz, nada melhor que observar o material exatamente nessas condições, em escala de nanômetros, e ver onde o cristal começa a falhar. Szostak lembra que a tecnologia tem “apenas uns 15 ou 20 anos de desenvolvimento”; descobrir o que a derruba é o caminho para torná-la comercial.

O Brasil tem grupos fortes nessa corrida. Na Unicamp, a química Ana Flávia Nogueira dirige o Centro de Inovação em Novas Energias (Cine), que reúne pesquisadores da Unicamp, da USP e do Ipen, segundo a Pesquisa FAPESP. Ciência brasileira de ponta também aparece em outros projetos que já contamos aqui, como o Telescópio Gigante Magalhães e o papel do Brasil.

Quem pode usar e o que mais dá para estudar

O instrumento é multiusuário e já está disponível à comunidade científica, com vários experimentos em andamento, informa a Agência FAPESP. Ele foi pensado para as células de perovskita, mas serve também para células solares orgânicas, células sensibilizadas por corante em estado sólido, células de pontos quânticos, LEDs e outros dispositivos montados sobre substratos compatíveis.

A linha Carnaúba, por sua vez, vai muito além da energia solar: analisa baterias, plantas, sementes, materiais biológicos e até amostras paleontológicas. Para um pesquisador de uma universidade brasileira, isso significa ter no próprio país um equipamento de ponta para esse tipo de análise.

Para o leitor comum, o efeito é indireto, mas real. Painéis solares mais baratos, leves ou flexíveis dependem de materiais que durem anos no telhado, sob sol e chuva. Cada falha entendida em laboratório encurta esse caminho. Se você gosta de acompanhar a pesquisa feita no Brasil, veja também as pesquisas premiadas com o Selo de Inovação SBC 2026.

Enquanto a perovskita não chega ao telhado, dá para começar pelo básico: saber quanto cada aparelho gasta em casa.

Perguntas frequentes

Onde fica o acelerador Sirius?

No campus do CNPEM, em Campinas (SP). Ele é operado pelo Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS).

Por que o Sirius é chamado de acelerador?

Porque ele acelera elétrons até quase a velocidade da luz. O objetivo é produzir luz síncrotron, usada como um microscópio poderoso para estudar materiais.

As células de perovskita já estão à venda?

Ainda estão em fase de desenvolvimento e de primeiros testes industriais. O principal obstáculo é a durabilidade, justamente o que o novo instrumento ajuda a investigar.

Conclusão

O novo instrumento do acelerador Sirius permite observar uma célula solar por dentro enquanto ela gera energia, com luz, calor e umidade controlados, em escala de nanômetros. Para a perovskita, que ainda esbarra na durabilidade, é uma ferramenta para descobrir o que a faz falhar, e ela já está aberta a pesquisadores de todo o país.

Você colocaria energia solar em casa se os painéis ficassem mais baratos? Conte nos comentários. E siga o canal do Universo Tecnológico no WhatsApp para acompanhar mais ciência feita no Brasil.