Célula solar de fibra óptica pode aposentar painéis solares

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/11/2009

Ao fundo, protótipo da célula solar baseada em fibras ópticas revestidas com nanopilares e corantes fotoquímicos. No detalhe, o princípio do funcionamento do sistema.
[Imagem: Gary Meek/Weintraub et al.]

Quando se fala em energia solar, a primeira imagem que surge é a de um painel solar azulado instalado sobre os telhados das casas e edifícios.

Mas essa imagem poderá não ser mais corresponder à realidade no futuro, graças a uma pesquisa realizada no Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos Estados Unidos.

Os cientistas criaram um novo tipo de sistema fotovoltaico tridimensional que poderá ficar embutido em qualquer ponto da casa ou edifício, utilizando fibras ópticas para coletar a luz do Sol.

Corantes fotoquímicos

Partindo de fibras ópticas comuns, do tipo usado em telecomunicações, os pesquisadores criaram nanoestruturas de óxido de zinco em sua superfície, formando uma camada extremamente fina, sobre a qual foram aplicados corantes fotoquímicos utilizados nas células solares orgânicas, conhecidas como DSC (Dye-sensitized Solar Cells).

"Usando esta tecnologia, nós podemos fazer geradores fotovoltaicos que são dobráveis, carregáveis e que podem ser disfarçados nas construções," explica Zhong Lin Wang, um dos criadores das células solares 3-D.

Esta mesma pesquisa já havia dado origem a um novo sistema de geração de eletricidade capaz de produzir energia a partir dos movimentos do corpo humano - veja Energia biomecânica vira eletricidade graças a nanogerador.

Gerador fotovoltaico

Na célula solar tridimensional, a fibra óptica capta a luz do Sol e a conduz até o local onde as nanoestruturas podem convertê-la em eletricidade. Desta forma, o gerador fotovoltaico propriamente dito não precisa ficar exposto ao Sol.

As células solares orgânicas (DSC) usam um sistema fotoquímico para gerar eletricidade. Elas são flexíveis e baratas de se fabricar, mas possuem uma eficiência bastante inferior à das células fotovoltaicas de silício.

A equipe do Dr. Wang demonstrou que a utilização das nanoestruturas irregulares de óxido de zinco aumenta enormemente a área disponível para que os corantes fotoquímicos convertam a luz em energia, eliminando a desvantagem da baixa eficiência das células DSC.

Sistema híbrido

A fibra óptica utilizada é inicialmente descascada, expondo o seu núcleo de cristal, sobre o qual é aplicada uma cobertura condutora. Sobre esta superfície são cultivados minúsculos pilares de óxido de zinco, deixando a fibra óptica parecida com uma escova de limpeza. Os nanofios são finalmente recobertos com o material fotoquímico, o verdadeiro responsável pela conversão da luz solar em eletricidade.

Os fótons que entram pela fibra óptica passam através dos nanofios e atingem as moléculas do corante. Os elétrons gerados - a energia elétrica - são captados por um eletrólito líquido colocado entre os pilares de óxido de zinco.

O resultado é um sistema híbrido que pode ser até seis vezes mais eficiente do que as células de óxido de zinco planares com a mesma área superficial.

"Em cada reflexão no interior da fibra, a luz tem a oportunidade de interagir com as nanoestruturas que estão recobertas com as moléculas de corante," explica o Dr. Wang. "Com múltiplas reflexões da luz no interior da fibra, e múltiplas reflexões no interior das nanoestruturas, aumenta muito a chance de que o fóton interaja com as moléculas fotoquímicas, aumentando a eficiência da célula."

Células compridas

Os pesquisadores fabricaram protótipos da célula solar com fibra óptica de até 20 centímetros de comprimento, que apresentaram uma eficiência de 3,3%. Eles afirmam que é possível alcançar de 7 a 8% de eficiência apenas com o aprimoramento da deposição das nanoestruturas. E a eficiência aumenta também conforme o tamanho da fibra.

No próximo passo da pesquisa serão adicionados novos incrementos, como um método melhor de captar as cargas elétricas, substituindo o eletrólito líquido, e a aplicação de uma superfície de óxido de titânio, que poderá ampliar ainda mais a eficiência da célula solar 3-D.

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