Estamos cercados de vidro. Muito vidro. Só nos Estados Unidos, estima-se que a área vidrada ocupe entre 5.000 e 7.000 milhões de metros quadrados (m2), o suficiente para que, já há alguns anos, haja cientistas que se façam repetidamente a mesma pergunta: E se pudéssemos aproveitar esse vasto espaço para mais do que apenas montar fachadas, janelas ou telas de arranha-céus? E se aproveitássemos para gerar energia elétrica?
Poderíamos convertê-lo, por exemplo, em painéis fotovoltaicos? Um dos grandes obstáculos que encontramos até agora é a opacidade dos materiais, uma desvantagem que dificulta seu uso em janelas, estufas ou até telas de dispositivos. Hoje, de fato, estima-se que cerca de 95% dos painéis sejam feitos com silício, o material que dominou desde a década de 1950.
Agora, um grupo de pesquisadores da Universidade de Tohoku, no Japão, parece ter encontrado a chave para resolver o problema. Como? Desenvolvimento de uma célula solar quase invisível.
Uma porcentagem esperançosa
Em artigo publicado em Relatórios Científicosa equipe explica como eles fizeram uma célula solar capaz de atingir um nível de transparência de 79% usando óxido de índio-estanho (ITO) como eletrodo transparente e dissulfeto de tungstênio (WS2) como camada fotoativa. Seu trabalho pode ajudar a trazer células solares quase invisíveis baseadas em TMDs – monocamadas de dilcogenides de metais de transição, a família WS2 – para alcançar estágios de produção industrializados.
O percentual de transparência alcançado em Tohoku representa mais um passo na corrida pela fabricação de janelas capazes de atuar como painéis solares e gerar energia. Pesquisadores trabalham há anos com semicondutores orgânicos e perovskita, família de materiais com estrutura cristalina em que o setor tem grandes esperanças, mas até agora encontraram um empecilho: o nível médio de transparência das células costuma ser inferior a 70 %.
E para amostra, um botão. Recentemente, pesquisadores australianos avançaram no desenvolvimento de células de perovskita semitransparentes com resultados promissores, mas percentuais pouco próximos aos de seus colegas japoneses. Seus protótipos atingem níveis de eficiência de conversão de energia de 15,5 e 4,1%, atingindo, respectivamente, um transmitância visível média —quantidade de radiação solar visível que passa por ela— de 20,7 e 52,4%.
Em dispositivos fotovoltaicos como os apresentados pela equipe de Tohoku, conhecidos como células solares de junção Schottky, a banda para separação de cargas é fornecida por uma interface colocada entre um metal e um semicondutor. Uma das chaves no trabalho dos japoneses é que, ao projetar a interface, eles tentaram precisamente evitar impurezas.
“O eficiência de conversão de energia da célula solar com o eletrodo otimizado foi mais de 1.000 vezes maior do que a de um dispositivo que usa um eletrodo de ITO normal”, explicam os autores em seu estudo, no qual detalham a pesquisa para alcançar a fabricação em larga escala.
“Ao repetir os experimentos neste dispositivo unitário otimizado com um número adequado de conexões em série e paralelas, foi possível aumentar o PT (potência total) até 420 pW de uma célula solar de 1 cm2 com um valor muito alto (79%) transmissão média visível”, resolve.
Imagem da capa | Universidade de Tohoku, Relatórios Científicos
Discussão sobre isso post