Nanofios ZnO em Arquitetura Nano-Árvore Impulsionam Eficiência de Células Solares Sensibilizadas por Corante

Pesquisadores do Laboratório de Nano Tech & Ciência Aplicada no KAIST e do Laboratório Térmico a Laser em UC Berkeley desenvolveram arquitetura nano-árvore que melhora significativamente desempenho de células solares sensibilizadas por corante (DSSCs).

Células Solares Sensibilizadas por Corante

Desde o final dos anos 1960, cientistas descobriram que corantes orgânicos convertem luz em eletricidade quando acoplados a eletrodos de óxido. Princípio demonstrado em 1972 com clorofila de espinafre, fundando DSSCs — dispositivos de filme fino combinando ânodo fotossensibilizado com eletrólito.

Em DSSC, moléculas de corante são tipicamente nanométricas, mas camada de corante suficientemente espessa é necessária para capturar luz suficiente. Andaimes nanoestruturados fornecem alta área superficial para carga de corante sem comprometer pegada do dispositivo.

Vantagens Principais

DSSCs podem ser fabricadas por impressão rolo-a-rolo, são semi-flexíveis e semi-transparentes, e dependem de materiais baratos. Embora eficiências de conversão (~11%) sejam inferiores a células de silício convencionais (>15%), sua relação custo-desempenho favorável as torna competitivas com geração fóssil.

Síntese Hidrotérmica Nano-Árvore

Inspirados em ramificação natural de árvores, a equipe empregou método hidrotérmico seguido por remoção de polímero e deposição de sementes para crescer nanofios de óxido de zinco (ZnO) que lembram árvores miniaturas com extensos ramos.

Ganhos de Desempenho

Dispositivos construídos com estes nanofios ZnO ramificados exibem densidade de corrente de curto-circuito e eficiência geral de conversão luz-eletricidade quase quatro vezes maiores que aqueles usando nanofios ZnO alinhados verticalmente. Melhoria decorre de área superficial aumentada para carga de corante e colheita de luz aprimorada, além de recombinação de carga reduzida devido à condução direta ao longo dos ramos cristalinos.

Além de células solares, arquitetura hierárquica nano-árvore promete armazenamento de energia de alta capacidade e dispositivos de consumo de energia eficientes.