Células solares orgânicas: problemas de 20 anos são solucionados

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/04/2010

Uma equipe internacional de pesquisadores anunciou dois avanços simultâneos na área das células solares orgânicas que, se confirmadas, poderão mudar o quadro da exploração da energia solar.
[Imagem: Wang et al.]

Uma equipe internacional de pesquisadores anunciou dois avanços simultâneos na área das células solares orgânicas que, se confirmadas, poderão mudar o quadro da exploração da energia solar.

Em dois artigos, publicados no Journal of the American Chemical Society e na Nature Chemistry, a equipe coordenada pelo professor Benoit Marsan, da Universidade de Quebec, no Canadá, anuncia a solução para dois problemas que vêm atormentando a comunidade que pesquisa células solares nos últimos 20 anos.

Células de Gratzel

As células solares fotovoltaicas, feitas de silício, são eficientes, mas muito caras. Suas competidoras mais promissoras são as chamadas células solares orgânicas.

Também conhecidas pela sigla DSC (Dye-Sensitized Solar Cells - células solares sensibilizadas por corantes) essas células solares foram inventadas pela equipe do professor Michael Gratzel, na Suíça, nos anos 1990 - por isso, os europeus costumam chamá-las de células solares Gratzel. O próprio professor Gratzel orientou a equipe que agora está anunciando os avanços.

Potencialmente, as células Gratzel podem ser muito mais baratas do que as células solares de silício porque elas podem ser fabricadas por um processo similar ao da impressão, e sobre superfícies flexíveis, adaptando-se melhor à arquitetura das construções e dos objetos.

Células solares Gratzel

O funcionamento das células solares orgânicas é baseado no princípio da fotossíntese, o processo bioquímico pelo qual as plantas convertem a energia luminosa do Sol em carboidratos (açúcares, o alimento das plantas).

Uma célula solar Gratzel é composta por uma camada porosa de nanopartículas de um pigmento branco, o dióxido de titânio, coberta por um corante molecular que absorve a luz solar, como a clorofila nas folhas verdes.

O dióxido de titânio revestido com pigmento é imerso em uma solução eletrolítica, e um catalisador à base de platina completa a estrutura.

Como em uma célula eletroquímica convencional - uma pilha alcalina, por exemplo - dois eletrodos (o anodo de dióxido de titânio e o catodo de platina na célula Gratzel) são colocados em cada um dos lados de um condutor líquido (o eletrólito).

A luz solar passa através do catodo e do eletrólito e, em seguida, retira elétrons do anodo de dióxido de titânio, que é um semicondutor e fica na parte inferior da célula. Esses elétrons viajam ao longo de um fio a partir do anodo até o catodo, criando a corrente elétrica. Desta forma, a energia do sol é convertida em eletricidade.

A maioria dos materiais usados para construir esta célula solar são de baixo custo, de fácil fabricação, e são flexíveis, permitindo a integração dos painéis solares em uma grande variedade de objetos e materiais.

Problemas das células solares orgânicas

Em teoria, o potencial das células solares orgânicas, ou de Gratzel, é enorme.

Infelizmente, apesar da excelência do conceito, esse tipo de célula tem dois grandes problemas que têm impedido a sua comercialização em larga escala.

O primeiro destes problemas está no eletrólito, que:

1. é extremamente corrosivo, o que faz com que as células solares tenham uma vida útil curta;
2. é colorido, impedindo a passagem da luz solar de forma eficiente e
3. limita a tensão da célula solar em 0,7 volt.

O segundo problema é o catodo, que é recoberto com platina, um material que não é transparente, é raro e, portanto, muito caro.

Apesar de inúmeras tentativas, até agora ninguém tinha sido capaz de encontrar uma solução satisfatória para estes problemas.

A própria equipe do professor Gratzel apresentou, há cerca de dois anos, uma solução parcial para o eletrólito, substituindo-o por uma mistura de dois líquidos iônicos, criando células solares orgânicas sem solventes.

Mas a solução utiliza rutênio, um metal que é ainda mais raro e mais caro do que a platina.

Soluções para as células Gratzel

Agora a equipe do professor Marsan apresentou duas propostas de solução que resolvem os dois grandes problemas das células Gratzel.

Para o eletrólito, eles sintetizaram em laboratório moléculas inteiramente novas. O resultado é um gel transparente e não-corrosivo e que pode aumentar a tensão gerada pela célula solar.

Isto melhoraria não apenas o rendimento, mas também a estabilidade e a durabilidade da célula solar orgânica.

Para o catodo, a platina foi substituída por sulfeto de cobalto, que é muito mais barato. Segundo os pesquisadores, o material é também mais eficiente, mais estável e mais fácil de ser produzido.

As propostas do professor Marsan e de sua equipe foram recebidas com entusiasmo pela comunidade científica.

O próximo passo é aguardar que outras equipes reproduzam os materiais e avaliem tanto o rendimento quanto a durabilidade das novas células solares orgânicas. A continuarem valendo os resultados agora publicados, as perspectivas são de fato entusiasmantes.

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