Os cientistas desenvolveram uma maneira de melhorar o empacotamento de duas moléculas de corante fotossensibilizador recém-projetadas para melhorar o desempenho fotovoltaico da célula solar sensibilizada por corante mesoscópico.
Na década de 1990, as células solares mesoscópicas sensibilizadas por corante (DSCs) foram inventadas por Brian O’Regan e Michael Grätzel, assumindo o nome deste último – as mundialmente famosas células de Grätzel. DSCs convertem luz em eletricidade através de fotossensibilizadores. Estes são compostos corantes que absorvem a luz e injetam elétrons em uma matriz de nanocristais de óxido que são posteriormente coletados como corrente elétrica.
Em DSCs, fotossensibilizadores são fixados (“adsorvidos”) à superfície de filmes de dióxido de titânio mesoporoso nanocristalino que são embebidos com eletrólitos redox-ativos ou um material sólido de transporte de carga. Todo o projeto visa gerar energia elétrica movendo elétrons do fotossensibilizador em direção a uma saída elétrica como um dispositivo ou uma unidade de armazenamento.
Os DSCs são transparentes, podem ser fabricados em várias cores com baixo custo e já estão sendo usados em claraboias, estufas e fachadas de vidro, como as que adornam o Centro de Convenções SwissTech. Além disso, versões leves e flexíveis de DSCs agora são vendidas comercialmente em larga escala para usar a luz ambiente para gerar energia elétrica para dispositivos eletrônicos portáteis, como fones de ouvido e e-readers, bem como na Internet das Coisas.
Avanços recentes em fotossensibilizadores e outros componentes de DSCs melhoraram o desempenho de DSCs sob luz solar solar e condições de luz ambiente. Mas a chave para aumentar a eficiência do DSC está em entender e controlar a montagem de moléculas de corante na superfície de filmes de nanopartículas de dióxido de titânio que favorecem a geração de carga elétrica.
Um método é a cosensibilização, uma abordagem de fabricação química que produz DSCs com dois ou mais corantes diferentes que possuem absorção óptica complementar. A cosensibilização moveu as eficiências de conversão de energia dos DSCs para valores recordes mundiais porque pode combinar corantes que podem absorver luz de todo o espectro de luz. No entanto, a co-sensibilização também se mostrou ineficaz em alguns casos, uma vez que encontrar os pares certos de corantes que podem atingir alta absorção de luz e eficiência de conversão de energia requer design molecular, síntese e triagem meticulosos.
Agora, cientistas dos grupos de Grätzel e Anders Hagfeldt da EPFL desenvolveram uma maneira de melhorar o empacotamento de duas moléculas de corante fotossensibilizador recém-projetadas para melhorar o desempenho fotovoltaico do DSC. Juntos, os novos fotossensibilizadores podem coletar luz quantitativamente em todo o domínio visível. A nova técnica envolve a pré-adsorção de uma monocamada de um derivado do ácido hidroxâmico na superfície do dióxido de titânio mesoporoso nanocristalino. Isso retarda a adsorção dos dois sensibilizadores, permitindo a formação de uma camada de sensibilizador bem ordenada e densamente compactada na superfície do dióxido de titânio.
Com essa abordagem, a equipe foi capaz de desenvolver DSCs com uma eficiência de conversão de energia de 15,2% pela primeira vez sob luz solar simulada global padrão, com estabilidade operacional de longo prazo testada em 500 horas. Ao aumentar a área ativa para 2,8 cm2, a eficiência de conversão de energia abrangeu 28,4% – 30,2% em uma ampla gama de intensidades de luz ambiente, juntamente com excelente estabilidade.
Os autores escrevem: “Nossas descobertas abrem caminho para o acesso fácil a DSCs de alto desempenho e oferecem perspectivas promissoras para aplicações como fonte de alimentação e substituição de bateria para dispositivos eletrônicos de baixa potência que usam a luz ambiente como fonte de energia”.
Publicado em 30/10/2022 10h31
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