Células solares revolucionárias laváveis e extensíveis alcançam 8% de eficiência

• Cientistas desenvolvem uma nova célula solar orgânica e ultrafina que pode ser lavada e esticada até metade do seu comprimento. 
• Ele transforma a luz solar em energia elétrica com 8% de eficiência, sendo muito estável no ar e na água. 
• Algumas empresas demonstraram interesse em comercializar a tecnologia. 

Desenvolver painéis solares parece ótimo, mas células solares laváveis e flexíveis soam ainda melhor. Cientistas da RIKEN Research em Tóquio desenvolveram novas células orgânicas superfinas que podem suportar 20 ciclos de lavagem simulados e podem ser esticadas até metade do seu comprimento.

Esta é a primeira célula solar do mundo que pode proporcionar maior eficiência energética, mantendo a elasticidade e a estabilidade no ar e na água.

Essas células poderiam ser usadas em têxteis, dispositivos de rede, recarga de dispositivos móveis em trânsito, alimentação de monitores de saúde pessoais e muito mais. Tecnicamente, as possibilidades são infinitas. Vamos descobrir como exatamente os cientistas construíram essas células e do que elas são capazes.

A Estrutura das Novas Células Solares

Uma equipe de cientistas do RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) desenvolveu uma energia fotovoltaica orgânica (OPV) – uma fina camada orgânica ativa de célula solar. Transforma a luz vinda do Sol em energia elétrica, com eficiência de 8%, sendo muito estável tanto no ar quanto na água.

A camada orgânica mais espessa poderia ser usada para atingir uma taxa de conversão máxima de 10%, mas para um OPV, que tem cerca de 1 micrômetro de espessura, 8% é uma taxa de conversão impressionante. E como o material orgânico é muito fino, pode ser flexionado sem quebrar.



Há alguns meses, a mesma camada foi usada para criar as células solares, mas elas não eram suficientemente extensíveis. O problema foi posteriormente resolvido com a integração de folhas esticadas de elastômero semelhantes a borracha na parte externa (como uma estrutura em sanduíche). Isso permitiu que a célula solar se dobrasse em uma estrutura semelhante a um acordeão, com altos e baixos.

Além de conferir elasticidade à célula, as folhas de elastômero também são um tanto impermeáveis, o que faz com que as células solares resistam a 20 ciclos de compressão mecânica em água por 1 hora e 40 minutos. A eficiência das células diminuiu apenas 20% após 20 ciclos de lavagem.

Célula solar orgânica sendo lavada e esticada

Mais especificamente, o estudo mostra células solares de polímero laváveis com alta eficiência mantida (7,9%) e extensibilidade (52%). Os OPVs mecanicamente estáveis ​​e ultraflexíveis com uma espessura total de 3 micrômetros são desenvolvidos combinando camadas ativas estáveis ​​e arquitetura invertida, produzindo uma eficiência de conversão de energia de até 7,9% e mostrando uma eficiência de conversão de energia estável sob ambiente de ar ambiente (54% da eficiência inicial após 1 mês) e elasticidade de 41%.

Referência:Natureza | doi:10.1038/s41560-017-0001-3 | Pesquisa RIKEN

A degradação da eficiência foi de 20,8% quando os OPVs independentes foram mergulhados em água durante 2 horas. A redução foi significativamente suprimida para 5,4% ao colocar os OPVs flexíveis entre dois elastômeros.

Estrutura dos OPVs independentes

Aplicativos

Essas células solares poderiam ser usadas para alimentar dispositivos eletrônicos, como sensores para medir a temperatura corporal, frequência cardíaca, pressão arterial ou atividade eletrodérmica. Existem também vários têxteis incorporados em sensores. Ao fundir essas tecnologias com este novo tipo de células solares, alguns sistemas de roupas com sensores inteligentes poderiam ser desenvolvidos.

Num futuro distante, se tensões mais elevadas puderem ser realizadas, estas células nas roupas poderão ser usadas para recarregar instrumentos portáteis como smartphones, tablets, e poderão um dia ser capazes de satisfazer as necessidades domésticas de electricidade. Se as células solares pudessem ser integradas com baterias leves e finas, a sua eficácia poderia ser melhorada ainda mais.

As aplicações no mundo real provavelmente levarão de 3 a 5 anos para acontecer. Na verdade, algumas empresas demonstraram interesse em comercializar a tecnologia.

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No entanto, os dois principais obstáculos à comercialização serão o tamanho e o custo das células solares. Por enquanto, eles estão limitados a 10*10 cm, que são bastante caros de fabricar. Mas isso se deve principalmente ao custo da camada ativa. O revestimento da chapa é surpreendentemente fino, o que acabará por reduzir custos. Portanto, se grandes empresas do mercado decidirem comercializá-lo, poderão construir uma nova técnica para produzir em massa o material da camada ativa e diminuir o custo.