Painel solar futurístico é 15 vezes mais fino que folha de papel

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/12/2021

São muitas vantagens, mas a flexibilidade, transparência e espessura mínima se destacam.
[Imagem: Koosha Nassiri Nazif]

Célula solar TMD

Pesquisadores da Universidade de Stanford, nos EUA, criaram aquele que parece ser o mais fino painel solar construído até hoje.

Como não poderia deixar de ser, o elemento ativo das células solares é um material bidimensional, um semicondutor com apenas uma camada atômica de espessura.

O material, chamado disseleneto de tungstênio (WSe2), faz parte de uma classe chamada dicalcogenetos de metais de transição (TMDs), materiais que estão na base de novas arquiteturas da computação, como componentes eletrônicos multifuncionais, novas tecnologias de telas e monitores e células solares.

Embora muito promissoras neste último caso, o fato é que os experimentos práticos realizados até agora não haviam conseguido extrair mais do que 2% de eficiência das células solares de TMDs, contra quase 30% das células solares de silício.

Koosha Nazif e seus colegas conseguiram uma otimização sem precedentes em relação a esses números por meio de três inovações: (1) uso de contatos de grafeno, que não bloqueiam a luz porque são transparentes; (2) uso de uma cobertura de molibdenita para dopagem, passivação e antirreflexão; e (3) desenvolvimento de uma nova técnica que transfere as camadas monoatômicas para o substrato flexível e transparente sem causar-lhes danos.

Esquema das células solares de TMDs.
[Imagem: Koosha Nassiri Nazif et al. - 10.1038/s41467-021-27195-7]

Eficiência, leveza e flexibilidade

O novo protótipo atingiu 5,1% de eficiência de conversão de energia, mas os pesquisadores projetam que, com suas melhorias, é teoricamente possível atingir 27% de eficiência apenas ajustando os processos, virtualmente o mesmo nível dos melhores painéis solares do mercado hoje, incluindo os de silício.

Além disso, o protótipo obteve uma relação potência/peso 100 vezes maior do que qualquer TMD já desenvolvido. Essa proporção é importante para aplicações portáteis e móveis, como drones e veículos elétricos, e para a capacidade de recarga em movimento, pela transferência de eletricidade sem fios.

Em termos de potência específica - uma medida de produção de energia elétrica por unidade de peso da célula solar - o protótipo produziu 4,4 watts por grama, um valor competitivo com outras células solares de película fina, incluindo outros protótipos experimentais. Os cálculos da equipe também indicam que é possível melhorar muito nesse quesito, chegando aos 46 watts por grama.

Promessa dos TMDs

O maior benefício do novo painel solar, no entanto, é sua espessura finíssima, que não apenas minimiza o uso e o custo do material, mas também torna as células solares TMDs leves e flexíveis e passíveis de serem moldadas em formas irregulares - o teto de um carro, uma asa de avião ou os eletrônicos de vestir.

De fato, a parte mais grossa do painel solar não são as próprias células solares, que medem apenas algumas centenas de nanômetros de espessura, mas o polímero que as dá sustentação - o protótipo todo tem seis micrômetros de espessura.

"Imagine um drone autônomo que seja alimentado por um painel solar no topo de sua asa que é 15 vezes mais fino do que um pedaço de papel," disse Nazif. "Essa é a promessa dos TMDs."

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