Produção em larga escala de células solares orgânicas com alta eficiência e mínimo impacto ambiental. Isto pode agora ser possível através de um novo princípio de design desenvolvido na Universidade de Linköping, na Suécia. No estudo, publicado na revista Energia da Naturezaos pesquisadores estudaram a forma e a interação das moléculas em células solares orgânicas.
“Com a eletrificação e o desenvolvimento da IA, provavelmente veremos um aumento significativo nas necessidades energéticas do mundo. Essa eletricidade precisa vir de fontes ambientalmente sustentáveis se quisermos desacelerar as mudanças climáticas ao mesmo tempo”, diz Feng Gao, professor de optoeletrônica na LiU.
Uma fonte de energia verde no foco dos pesquisadores em todo o mundo são as células solares. Como complemento às tradicionais células solares de silício, estão a ser desenvolvidas diversas variantes alternativas. Uma das tecnologias mais promissoras é baseada em plásticos eletricamente condutores – a eletrônica orgânica.
A vantagem da energia photo voltaic orgânica é que elas são comparativamente baratas e fáceis de fabricar. Além disso, são leves e flexíveis, o que significa que podem ser colocados em janelas, dentro de casa ou em roupas para alimentar aparelhos eletrônicos pessoais. As células solares orgânicas já estão hoje no mercado e espera-se que a sua quota aumente.
A eficiência das células solares orgânicas está alcançando a das células solares tradicionais e elas podem converter cerca de 20% dos raios solares em eletricidade. A alta eficiência é resultado de vários anos de intensa pesquisa de materiais e estudos da interação entre as moléculas do materials, a chamada morfologia.
As células solares orgânicas são produzidas em uma mistura física que é então colocada sobre um substrato e o solvente da mistura evapora. No entanto, a solução química contém substâncias tóxicas e perigosas para o ambiente.
“Para realizar a produção em massa de células solares orgânicas, com tecnologias impressas, por exemplo, em larga escala, precisamos encontrar métodos que não utilizem toxinas. Caso contrário, não será bom para o meio ambiente ou para quem trabalha nas fábricas”, afirmou. diz Feng Gao.
Sua equipe de pesquisa agorajuntamente com colegas na China e nos Estados Unidos, conseguiram decifrar o código para a produção de células solares orgânicas eficientes com vários solventes ecológicos diferentes.
“Para escolher o solvente certo, é importante compreender todo o processo de fabrico da célula photo voltaic. Isto inclui conhecer as estruturas iniciais da solução, observar os processos dinâmicos durante a evaporação e verificar a estrutura remaining da película da célula photo voltaic”, afirma Rui Zhang, pesquisador do Departamento de Física, Química e Biologia da LiU e autor principal do artigo publicado em Energia da Natureza.
O que os pesquisadores de Linköping fizeram foi mapear a interação molecular entre os materiais que transportam os elétrons e o próprio solvente, usando uma série de técnicas avançadas de raios X síncrotron e nêutrons. Graças a isso, os pesquisadores conseguiram desenvolver um princípio de design que funciona para muitos solventes inofensivos diferentes. No longo prazo, eles esperam que até a água possa atuar como solvente.
Segundo os pesquisadores, entender a ligação entre morfologia e desempenho em células solares orgânicas é um grande desafio, pois eles precisam investigar o movimento ultrarrápido dos elétrons (o transporte de carga) do materials que libera os elétrons para o materials receptor. Esses processos ocorrem dentro de estruturas em nanoescala e em interfaces moleculares. De acordo com Feng Gao, o caminho para células solares orgânicas ambientalmente sustentáveis está agora aberto.
“Graças a um método de fabricação livre de toxinas, temos agora uma probability muito maior de comercializar a tecnologia em maior escala”.
