As células solares de próxima geração que imitam a fotossíntese com material biológico podem dar um novo significado ao termo "tecnologia verde". Adicionar a proteína bacteriorodopsina (bR) às células solares de perovskita aumentou a eficiência dos dispositivos em uma série de testes de laboratório, de acordo com uma equipe internacional de pesquisadores.

"Essas descobertas abrem a porta para o desenvolvimento de um modelo mais barato, tecnologia de célula solar bioperovskita mais ecológica, "disse Shashank Priya, vice-presidente associado de pesquisa e professor de ciência dos materiais na Penn State. "No futuro, podemos essencialmente substituir alguns produtos químicos caros dentro das células solares por materiais naturais relativamente mais baratos. "

Células solares perovskita, nomeado por suas estruturas de cristal únicas que se destacam na absorção de luz visível, são uma área de intensa pesquisa porque oferecem uma alternativa mais eficiente e menos cara à tecnologia solar tradicional baseada em silício.

As células solares de perovskita mais eficientes podem converter 22 a 23 por cento da luz solar em eletricidade. Os pesquisadores descobriram que adicionar a proteína bR às células solares de perovskita melhorou a eficiência dos dispositivos de 14,5 para 17 por cento. Eles relataram suas descobertas no jornal American Chemical Society Materiais e interfaces aplicados ACS .

A pesquisa representa a primeira vez que os cientistas mostraram que materiais biológicos adicionados às células solares de perovskita podem fornecer uma alta eficiência. Pesquisas futuras podem resultar em materiais de bioperovskita ainda mais eficientes, disseram os pesquisadores.

"Estudos anteriores alcançaram eficiência de 8 ou 9 por cento ao misturar certas proteínas dentro das estruturas das células solares, "disse Priya, um co-autor principal do estudo. "Mas nada chegou perto de 17 por cento. Essas descobertas são muito significativas."

Matrizes solares comerciais consistem em centenas ou milhares de células solares individuais, então, mesmo pequenas melhorias na eficiência podem levar a economias reais, de acordo com os pesquisadores.

Imitando a natureza

Baseando-se na natureza, os pesquisadores procuraram melhorar ainda mais o desempenho das células solares de perovskita por meio de Förster Resonance Energy Transfer (FRET), um mecanismo de transferência de energia entre um par de moléculas fotossensíveis.

"O mecanismo FRET existe há muito tempo, "disse Renugopalakrishnan Venkatesan, professor da Northeastern University e do Boston Children's Hospital, Universidade de Harvard, e co-autor principal do estudo. "Parece ser a base da fotossíntese e pode ser encontrada em tecnologias como a transferência de energia sem fio, e até mesmo no mundo animal como mecanismo de comunicação. Estamos usando esse mecanismo para tentar criar um mundo de sistemas bioinspirados que têm o potencial de superar as moléculas inorgânicas ou orgânicas. "

As proteínas bR e materiais de perovskita têm propriedades elétricas semelhantes, ou lacunas de banda. Ao alinhar essas lacunas, os cientistas levantaram a hipótese de que poderiam alcançar um melhor desempenho em células solares de perovskita por meio do mecanismo FRET.

"As células solares funcionam absorvendo a energia da luz, ou moléculas de fótons e criando pares elétron-buraco, "disse Subhabrata Das, que participou da pesquisa enquanto estudante de doutorado na Columbia University. "Enviando os elétrons e buracos em direções opostas, as células solares geram uma corrente elétrica que se transforma em eletricidade. "

Contudo, uma certa porcentagem de pares de elétron-buraco se recombina, reduzindo a quantidade de corrente produzida. Misturar a proteína bR em células solares de perovskita ajudou os pares de elétron-buraco a se moverem melhor através dos dispositivos, reduzindo as perdas de recombinação e aumentando a eficiência, disseram os cientistas.

As descobertas podem ter consequências maiores, levando ao projeto de outros dispositivos híbridos nos quais materiais artificiais e biológicos trabalham juntos, de acordo com os pesquisadores.