.
Cientistas da EPFL aumentaram a eficiência de conversão de energia de células solares sensibilizadas por corante para além de 15% sob luz solar direta e 30% em condições de luz ambiente.
As células solares mesoscópicas sensibilizadas por corante (DSCs) foram inventadas na década de 1990 por Brian O’Regan e Michael Grätzel, assumindo o nome deste último – as mundialmente famosas células de Grätzel. Os DSCs convertem a luz em eletricidade através de fotossensibilizadores – compostos corantes que absorvem a luz e injetam elétrons em uma matriz de nanocristais de óxido que posteriormente são coletados como corrente elétrica.
Em DSCs, fotossensibilizadores são fixados (“adsorvidos”) à superfície de filmes de dióxido de titânio mesoporoso nanocristalino que são embebidos com eletrólitos ativos redox ou um material sólido de transporte de carga – todo o projeto visa gerar energia elétrica movendo elétrons do fotossensibilizador para uma saída elétrica como um dispositivo ou uma unidade de armazenamento.
Os DSCs são transparentes, podem ser fabricados em várias cores com baixo custo e já estão sendo usados em claraboias, estufas e fachadas de vidro, como as que adornam o Centro de Convenções SwissTech. Além disso, versões leves e flexíveis de DSCs agora são vendidas comercialmente em larga escala para alimentação elétrica de dispositivos eletrônicos portáteis, como fones de ouvido e e-readers, bem como na Internet das Coisas usando luz ambiente.
Avanços recentes em fotossensibilizadores e outros componentes de DSCs melhoraram o desempenho de DSCs sob luz solar solar e condições de luz ambiente. Mas a chave para aumentar a eficiência do DSC está em entender e controlar a montagem de moléculas de corante na superfície de filmes de nanopartículas de dióxido de titânio que favorecem a geração de carga elétrica.
Um método é a cosensibilização, uma abordagem de fabricação química que produz DSCs com dois ou mais corantes diferentes que possuem absorção óptica complementar. A cosensibilização moveu as eficiências de conversão de energia dos DSCs para valores recordes mundiais porque pode combinar corantes que podem absorver luz de todo o espectro de luz. No entanto, a co-sensibilização também se mostrou ineficaz em alguns casos, uma vez que encontrar os pares certos de corantes que podem atingir alta absorção de luz e eficiência de conversão de energia requer design molecular, síntese e triagem meticulosos.
Agora, cientistas dos grupos de Grätzel e Anders Hagfeldt da EPFL desenvolveram uma maneira de melhorar o empacotamento de duas moléculas de corante fotossensibilizador recém-projetadas para melhorar o desempenho fotovoltaico do DSC. Juntos, os novos fotossensibilizadores podem coletar luz quantitativamente em todo o domínio visível. A nova técnica envolve a pré-adsorção de uma monocamada de um derivado do ácido hidroxâmico na superfície do dióxido de titânio mesoporoso nanocristalino. Isso retarda a adsorção dos dois sensibilizadores, permitindo a formação de uma camada de sensibilizador bem ordenada e densamente compactada na superfície do dióxido de titânio.
Com essa abordagem, a equipe foi capaz de desenvolver DSCs com uma eficiência de conversão de energia de 15,2% pela primeira vez sob luz solar simulada global padrão, com estabilidade operacional de longo prazo testada em 500 horas. Ao aumentar a área ativa para 2,8 cm2a eficiência de conversão de energia abrangeu 28,4% — 30,2% em uma ampla gama de intensidades de luz ambiente, juntamente com excelente estabilidade.
Os autores escrevem: “Nossas descobertas abrem caminho para acesso fácil a DSCs de alto desempenho e oferecem perspectivas promissoras para aplicações como fonte de alimentação e substituição de bateria para dispositivos eletrônicos de baixa potência que usam a luz ambiente como fonte de energia”.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Original escrito por Nik Papageorgiou. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
.
