Cristal líquido vira célula solar de alta eficiência

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/11/2008

Esquema da molécula de cristal líquido (acima) e do cristal fotovoltaico (abaixo).
[Imagem: Reproduced in part, with permission, from Ref 1 © 2008 American Chemical Society]

Equipamentos eletrônicos descartáveis

Etiquetas inteligentes, ou RFID, sensores para monitoramento ambiental e biochips para diagnósticos médicos e exames clínicos instantâneos são apenas alguns dos exemplos de equipamentos eletrônicos descartáveis, que estão se transformando em uma gigantesca indústria mundial.

Uma de suas limitações são as baterias, que os tornam maiores do que precisariam ser, além de elevar seus custos. Alimentá-los com células solares é de longe a melhor opção. Mas as células solares tradicionais, feitas de semicondutores inorgânicos, também são caras para essas aplicações.

Células solares orgânicas

A saída parece estar nas células solares orgânicas, que podem ser produzidas por meio de impressão, o que lhes dá o potencial para se tornarem mais baratas a médio prazo.

As células solares orgânicas contêm tanto doadores de elétrons, que liberam um elétron quando um fóton as atinge, quanto receptores de elétrons, que completam o circuito necessário para a conversão da energia luminosa em energia elétrica. Contudo, a mistura dos dois tipos de material - geralmente oligômeros conjugados no primeiro caso e carbono-60 no segundo - tendem a formar aglomerados que diminuem a eficiência da célula solar.

Uma solução parcial é conectar os doadores de elétrons diretamente aos receptores de elétrons por meio de uma ligação covalente, ambos dentro de uma mesma molécula. Isso, contudo, não elimina a necessidade de controle para que as próprias moléculas não se aglomerem.

Célula solar de cristal líquido

Agora, um grupo de pesquisadores japoneses desenvolveu um cristal líquido que apresenta uma automontagem espontânea para formar um conjunto doador-receptor de elétrons. O resultado é um conjunto de colunas ou camadas independentes de doadores e receptores com uma grande área de contato entre elas.

As moléculas sintetizadas pela equipe dos professores Takuzo Aida e Masaki Takata têm um fulereno - o receptor de elétrons - de um lado, e um oligômero tiofeno - o doador de elétrons - no outro lado.

A ponta doadora recebe uma extremidade hidrofóbica - que repele água - e a ponta receptora recebe uma extremidade hidrofílica - que atrai água.

Esta funcionalização garante que as moléculas do cristal líquido irão sempre se alinhar, formando camadas ordenadas de doadores e receptores, criando um dispositivo fotovoltaico de alta eficiência.

Cristal líquido fotovoltaico

"As características líquidas também são muito úteis. Os componentes se autoconsertam na medida que defeitos na estrutura das camadas podem ser reparados por um processo simples de aquecimento e resfriamento," explicam os pesquisadores.

Os cientistas esperam que seu cristal líquido fotovoltaico, cujo princípio já foi patenteado, inaugure uma nova categoria de células solares orgânicas de alta eficiência.

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