Energia

Células solares orgânicas ganham em eficiência e durabilidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/08/2009

Seção de uma célula solar orgânica, mostrando o emaranhado de canais de fulerenos, responsáveis por levar os elétrons para fora da célula.
[Imagem: NIST]

As células solares orgânicas, que são flexíveis e fabricadas por um processo semelhante à impressão jato de tinta, têm várias vantagens em relação às células fotovoltaicas tradicionais, que são feitas de silício e são rígidas.

A principal dessas vantagens é o custo, que é muito inferior. Há ainda a possibilidade de sua instalação em virtualmente qualquer superfície, devido à sua flexibilidade. Elas também já podem ser construídas de forma quase transparente, permitindo sua instalação nos vidros das janelas, quase sem perda da iluminação natural.

Durabilidade das células solares

Contudo, restam desafios a vencer. O maior deles é a durabilidade dos filmes flexíveis, que são basicamente plásticos semitransparentes com uma camada de semicondutores impressa na superfície. Já existem pelo menos duas alternativas disponíveis comercialmente (1, 2), mas os especialistas afirmam que elas deslancharão de vez no mercado quando essa durabilidade atingir 10.000 horas de vida útil.

A eficiência dessas células solares flexíveis, outro elemento-chave para sua adoção em larga escala, já alcança 6%, mas os cientistas afirmam que é possível atingir 10%.

E um passo importante no sentido de aumentar essa eficiência acaba de ser dado pelos cientistas do laboratório norte-americano NIST. Eles descobriram uma forma de otimizar a deposição das camadas semicondutoras sobre o plástico, eliminando um dos maiores entraves a uma maior eficiência na captura da luz solar e, por decorrência, aumentando a sua vida útil.

Fulerenos

A "tinta" que forma as células solares orgânicas é uma mistura de um polímero que absorve luz - liberando elétrons nesse processo - e moléculas de carbono em forma de bolas de futebol, chamadas fulerenos - que capturam elétrons. Quando essa tinta semicondutora é aplicada a uma superfície, a mistura endurece, formando um filme - uma película muito fina - contendo uma mistura aleatória dos polímeros misturados com canais formados pelos fulerenos.

Idealmente, os canais de fulerenos devem ficar na parte de cima da célula, de forma que a eletricidade possa fluir corretamente para fora da célula solar. Entretanto, quando se formam barreiras de fulerenos entre o polímero e a base do filme, a eficiência da célula solar cai significativamente.

Propriedades elétricas da interface

O que os pesquisadores descobriram agora foi como alterar a superfície do substrato plástico para que ele possa repelir os fulerenos, enviando-os para o topo do filme que está sendo impresso, e atrair o polímero, otimizando a formação da película.

A alteração também otimiza radicalmente as propriedades elétricas da interface entre o substrato e o filme. A estrutura resultante aumenta a disponibilidade de rotas para que os elétrons liberados fluam para os eletrodos, aumentando a eficiência da célula solar.

Novas versões do filme

"Nesse momento, nós estamos começando a usar o que aprendemos para construir novas versões do filme e ver o que acontece em seu interior. Esse conhecimento é realmente importante para a ajudar a descobrir como as células solares orgânicas funcionam e como se desgastam, de forma que possamos estender a sua vida útil," explica o Dr. David Germack.

A pesquisa precisará aguardar a fabricação em maior escala dos novos substratos, para que os pesquisadores possam avaliar os ganhos em termos de eficiência da nova técnica. As medições sobre o desgaste do filme já começaram, embora o Dr. Germack acredita que "os ganhos foram significativos, sem dúvida nenhuma."