Células solares transparentes para janelas alcançam durabilidade de 30 anos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/09/2021

A ideia é que esta tecnologia de células solares seja implementada nas janelas de vidro, para diminuir o custo de instalação.
[Imagem: Yongxi Li et al. - 10.1038/s41467-021-25718-w]

Painéis solares transparentes

Apesar de todas as expectativas com as células solares orgânicas, caracteristicamente flexíveis e transparentes, ou quase, você não vê por aí muitas janelas ou fachadas de edifícios capazes de produzir eletricidade.

A razão para isso é que essa tecnologia de energia solar, também conhecida como "células solares de plástico", tem sérios problemas de durabilidade, o que exigiria gastos enormes em sua reposição poucos anos após a instalação.

Agora, finalmente, essa área de grande potencial parece ter razões suficientes para comemorar.

Yongxi Li e seus colegas da China e dos EUA criaram uma nova célula solar orgânica que pode alcançar uma vida útil de até 30 anos, de acordo com extrapolações dos testes realizados pela equipe.

Aceitadores

A força e a fraqueza das células solares orgânicas estão nas moléculas que transferem os elétrons gerados pelos fótons do Sol para os eletrodos, os pontos de entrada para o circuito que usa ou armazena a energia.

Esses materiais são conhecidos como "aceitadores não-fulerenos", para diferenciá-los dos mais robustos, mas menos eficientes, "aceitadores de fulereno", feitos de uma malha de carbono em nanoescala. As células solares feitas com aceitadores não-fulerenos que incorporam enxofre podem atingir eficiências de até 18% na conversão fotoelétrica, rivalizando com o silício, mas não duram tanto.

Ao estudar a fundo a natureza da degradação dos aceitadores não-fulerenos, tipicamente causada pelos fótons de mais alta energia (ultravioleta), a equipe constatou que os danos são localizados.

O foco da pesquisa agora será garantir um bom nível de transparência.
[Imagem: Yongxi Li et al. - 10.1038/s41467-021-25718-w]

Durabilidade e transparência

Para resolver o problema, os pesquisadores bloquearam a luz ultravioleta adicionando uma camada de óxido de zinco - um ingrediente dos protetores solares - no lado da célula que fica voltado para o Sol. Isso ajudou a conduzir os elétrons fotogerados para o eletrodo, mas também danificou o absorvedor solar, efeito que Li anulou adicionando uma camada monoatômica de um material à base de carbono.

A equipe então testou suas novas defesas sob diferentes intensidades de luz solar simulada, desde o típico 1 sol até a luz de 27 sóis, e temperaturas de até 65 ºC. Ao analisar como o desempenho se degradava nessas condições, a equipe extrapolou que as células solares ainda estariam funcionando com 80% de eficiência após 30 anos de operação.

O próximo passo será reconquistar a transparência perdida com esses novos revestimentos protetores. Os protótipos atuais têm 40% de transparência, mas a equipe acredita poder chegar a 60%.

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