As células solares são um importante contribuinte para o fornecimento de energia renovável, mas o desperdício de painéis solares rapidamente se tornará um enorme problema. Agora, em um estudo publicado recentemente no Journal of Materials Chemistry A , pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Nara (NAIST) investigaram a ciência que pode ajudar a melhorar a utilidade de células solares baseadas em polímeros de fácil produção em massa.
Globalmente, aproximadamente um terço da eletricidade atualmente vem de fontes renováveis. As células solares à base de silício são as principais contribuintes, mas há um problema crescente:o que fazer com os painéis após sua vida útil de 30 anos. Um artigo de maio de 2022 em Chemical &Engineering News expõe o problema:mesmo quando as instalações reciclam as molduras e tampas dos painéis, os elementos mais valiosos ou mesmo tóxicos são simplesmente descartados. Com uma previsão de 80 milhões de toneladas métricas de resíduos de painéis solares a serem produzidos até 2050, este é um enorme problema de resíduos.

As células solares à base de polímeros são uma solução possível e com menos desperdício. Esses painéis são finos e flexíveis e, portanto, são, em princípio, bastante versáteis. No entanto, eles têm alguns problemas; por exemplo, uma eficiência de conversão de energia mais baixa do que o silício. "Essa eficiência é substancialmente limitada pelos fatores de preenchimento:geralmente menos de 60%, mesmo em dispositivos avançados", diz o autor correspondente Hiroaki Benten, do Nara Institute of Science and Technology. “A ciência que sustenta a eficiência limitada das células solares de mistura de polímeros permanece insuficientemente inexplorada”.

Um resultado inovador dessa pesquisa é o alto fator de preenchimento:70%, que permaneceu em 60% mesmo para filmes de polímero com várias centenas de nanômetros de espessura. A tecnologia de polímero concorrente exibe um fator de preenchimento de 40% nesta espessura. Isso ocorre porque a recombinação bimolecular de elétrons livres com lacunas livres inibiu substancialmente o fator de preenchimento no trabalho anterior, mas foi suprimida no estudo atual.

O que suprimiu a recombinação bimolecular nas misturas de polímeros? "Houve uma deslocalização substancial de carga nos domínios doador e aceitador", explica Masakazu Nakamura, autor sênior. “A agregação apropriada dos doadores e aceitadores de polímeros levou a uma estrutura local substancialmente ordenada do polímero, o que ajudou a manter a separação dos elétrons dos buracos”.

Mesmo que os pesquisadores resolvam completamente o problema de eficiência das células solares de polímero, eles ainda precisarão melhorar a vida útil de 10 anos dos protótipos de pesquisa mais avançados. Esforços de pesquisa adicionais incluem a otimização da morfologia do filme e até o desenvolvimento de células solares híbridas de polímero/silício, para otimizar a coleta e a eficiência de energia. Nos próximos anos, as células solares podem parecer e funcionar completamente diferentes e melhores do que a tecnologia moderna. + Explorar mais

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