Gerar eletricidade fora das cidades e transportá-la para a cidade acarreta uma grande perda de energia. Idealmente, tanto quanto possível deve ser gerado localmente. Os cientistas descobriram uma maneira de aliviar esse problema desenvolvendo um novo tipo de célula solar transparente que pode ser usada em janelas de edifícios e deve durar 30 anos.
A necessidade de produção de energia ecológica está aumentando em um ritmo rápido. Segundo pesquisas, a energia solar é um dos métodos mais baratos de geração de eletricidade. Um problema particular com usinas de energia solar é que elas ocupam muito espaço e, embora as cidades geralmente precisem de mais eletricidade, elas têm menos espaço para usinas de energia.
O transporte da eletricidade gerada em outros lugares para as cidades por meio de linhas de transmissão resulta em perda de energia, portanto, como mencionado acima, seria mais eficiente gerar o máximo de eletricidade possível dentro das cidades.
Embora o silício ainda seja o material mais eficiente para painéis solares, ele não é transparente. Pesquisadores da Universidade de Michigan, da Universidade Estadual da Carolina do Norte, da Universidade de Tianjin e da Universidade de Zhejiang têm, portanto, pesquisado materiais orgânicos ou à base de carbono para painéis solares adequados para janelas. Eles publicaram seu trabalho na revista científica: Nature Communications
O principal desafio era descobrir como evitar que materiais orgânicos de conversão de luz altamente eficientes se deteriorassem rapidamente quando usados. A resiliência desses materiais é derivada das moléculas que movem os elétrons fotogerados para os eletrodos. Esses materiais são chamados de “aceitadores de fulereno” para distingui-los dos “aceitadores de fulereno” mais resistentes, mas menos eficientes, criados a partir de malha de carbono em nanoescala. As células solares feitas com aceitadores não-fulerenos que incorporam enxofre podem atingir eficiências de 18% (um nível de eficiência que rivaliza com o silício), mas o problema é que elas têm uma vida útil muito curta.
Yongxi Li, o primeiro autor do estudo, explica que os aceitadores não-fulerenos causam uma eficiência muito alta, mas incorporam ligações fracas que se separam facilmente sob fótons de alta energia, especialmente com fótons ultravioleta encontrados na luz solar.
Depois de examinar a natureza da deterioração do aceitador não-fulereno, os pesquisadores descobriram que as células solares expostas só precisavam de reforços em alguns pontos. Em primeiro lugar, os raios ultravioleta teriam de ser bloqueados. Para fazer isso, a equipe adicionou uma camada de óxido de zinco, um componente de protetor solar popular na lateral do vidro que fica de frente para o sol.
Uma camada mais fina de óxido de zinco próxima à área de absorção de luz melhora a condução dos elétrons gerados pelo sol para o eletrodo. Infelizmente, isso também destrói o frágil absorvedor de luz. Os pesquisadores adicionaram uma camada de um material à base de carbono chamado IC-SAM como um buffer para resolver esse problema.
Além disso, o eletrodo que desenha “buracos” carregados positivamente no circuito (essencialmente espaços abandonados pelos elétrons) pode reagir com o absorvedor de luz. Então, para proteger esse flanco, a equipe adicionou outra camada de proteção na forma de um fulereno em forma de bola de futebol. (Um fulereno é um alótropo de carbono cuja molécula consiste em átomos de carbono unidos por ligações simples e duplas para formar uma malha fechada, com anéis fundidos de cinco a sete átomos.)
Os pesquisadores então testaram seus novos reforços sob várias intensidades de luz solar simulada, variando de 1 sol a 27 sóis, e temperaturas de até 65 graus Celsius. Eles projetaram que as células solares ainda estariam funcionando com eficiência de 80% após 30 anos, com base em como o desempenho diminuiu nessas condições.
Depois de examinar a natureza da deterioração do aceitador não-fulereno, os pesquisadores descobriram que as células solares expostas só precisavam de reforços em alguns pontos. Em primeiro lugar, os raios ultravioleta teriam de ser bloqueados. Para fazer isso, a equipe adicionou uma camada de óxido de zinco, um componente de protetor solar popular na lateral do vidro que fica de frente para o sol.
Uma camada mais fina de óxido de zinco próxima à área de absorção de luz melhora a condução dos elétrons gerados pelo sol para o eletrodo.
Infelizmente, isso também destrói o frágil absorvedor de luz. Os pesquisadores adicionaram uma camada de um material à base de carbono chamado IC-SAM como um buffer para resolver esse problema.
Além disso, o eletrodo que desenha “buracos” carregados positivamente no circuito (essencialmente espaços abandonados pelos elétrons) pode reagir com o absorvedor de luz. Então, para proteger esse flanco, a equipe adicionou outra camada de proteção na forma de um fulereno em forma de bola de futebol. (Um fulereno é um alótropo de carbono cuja molécula consiste em átomos de carbono unidos por ligações simples e duplas para formar uma malha fechada, com anéis fundidos de cinco a sete átomos.)
Os pesquisadores então testaram seus novos reforços sob várias intensidades de luz solar simulada, variando de 1 sol a 27 sóis, e temperaturas de até 65 graus Celsius. Eles projetaram que as células solares ainda estariam funcionando com eficiência de 80% após 30 anos, com base em como o desempenho diminuiu nessas condições.
Como os materiais podem ser preparados como líquidos, espera-se que os custos de fabricação sejam relativamente baixos, aumentando a viabilidade para uso em larga escala. Ao todo, estamos mais um passo mais perto das janelas reais de geração de energia solar com essas descobertas.
Publicado em 30/12/2021 17h00
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