Painéis solares de silício ficam flexíveis sem perder eficiência

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/06/2023

O painel suportou milhares de ciclos de flexionamento sem perder a eficiência.
[Imagem: Wenzhu Liu et al. - 10.1038/s41586-023-05921-z]

Painel solar flexível

As células solares orgânicas - feitas de plásticos - são promissoras porque podem ser fabricadas em bases flexíveis e transparentes, permitindo sua colocação sobre janelas de vidro ou sobre superfícies irregulares.

Mas talvez não seja necessário esperar os progressos tecnológicos necessários para que elas se tornem duráveis o suficiente para chegar ao mercado e substituir os tradicionais painéis solares de silício, que são rígidos e de instalação cara.

Pesquisadores do Instituto de Microssistemas e Tecnologia da Informação de Shangai, na China, conseguiram fabricar um painel solar tradicional de silício, com as mesmas células solares hoje no mercado, que é dobrável o suficiente para se conformar a superfícies irregulares.

O painel solar, com 60 micrômetros de espessura, é tão flexível quanto uma folha de papel e mantém a mesma eficiência mesmo quando enrolado.

E o único custo dessa modificação foi uma ligeira queda na eficiência na conversão da energia solar em eletricidade em relação ao painel solar original, mas que permaneceu acima dos 24%.

O segredo do processo está na texturização da superfície do painel solar.
[Imagem: Wenzhu Liu et al. - 10.1038/s41586-023-05921-z]

Afinar e evitar trincas

Wenzhu Liu e seus colegas começaram com uma pastilha padrão de células de silício de 160 micrômetros de espessura e então usaram álcalis concentrados para corroer as pastilhas, chegando até um mínimo de 60 micrômetros de espessura sem perda de funcionalidade.

Mas então surgiu uma sequência de problemas. Após a redução de espessura, o painel solar fica tão polido que ele passa a refletir cerca de 30% da luz incidente conforme é dobrado, o que diminui muito a eficiência. A equipe então fez o trabalho oposto, usando outro composto mais diluído para criar ranhuras superficiais, obtendo padrões em microescala que lembram pirâmides. A reflexividade sumiu, mas então o painel perdeu flexibilidade porque trincava fácil demais.

"Há muito tempo as pessoas têm tido dificuldade em equilibrar a reflexão da luz e a flexibilidade, o que explica por que a maioria das eficiências relatadas das células solares de silício cristalino flexíveis têm sido relativamente baixas,' explicou Liu.

O pesquisador então se concentrou no estudo do surgimento das trincas. Usando câmeras de alta velocidade, ele descobriu que as rachaduras sempre começam nas bordas das pirâmides. Ele então usou uma mistura de ácidos para remover a textura das bordas e as bolachas recuperaram imediatamente sua flexibilidade.

Análises mais detalhadas mostraram que a região lisa dissipa a tensão mecânica da dobra, permitindo que a região texturizada forme uma rede de microtrincas, em vez de sofrer uma fratura drástica em um único ponto.

A equipe pretende começar a introduzir seus painéis solares flexíveis para recobrir estruturas aeroespaciais, como asas de aviões e drones e balões de pesquisa.

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