As células solares estão rapidamente se tornando uma das principais formas de produzir eletricidade limpa em muitos países do mundo. Ao longo das últimas décadas, uma quantidade enorme de esforço foi dedicada a tornar a energia solar mais proeminente. No entanto, a tecnologia enfrenta atualmente vários desafios que limitam a aplicação generalizada.
No caso de células solares sensibilizadas por corante (DSSCs) – uma tecnologia fotovoltaica altamente promissora – um dos principais problemas é a agregação de corante. Por design, DSSCs são sistemas eletroquímicos que imitam a fotossíntese em plantas; eles dependem de corantes fotossensíveis especiais para converter a luz solar em eletricidade. Idealmente, o corante deve ser aplicado uniformemente sobre a superfície de um eletrodo de óxido atrás de uma camada transparente para que a energia da luz solar absorvida possa ser transferida facilmente para os elétrons do corante. Este processo gera elétrons livres que alimentam um circuito externo. No entanto, a maioria dos corantes tende a se agregar sobre a superfície do eletrodo de uma forma que dificulta o fluxo desejado tanto de luz quanto de cargas elétricas. Isso afeta o desempenho dos DSSCs que se mostrou difícil de superar.

Felizmente, uma equipe de cientistas liderada pelo professor associado Tomohiko Inomata, do Instituto de Tecnologia de Nagoya, no Japão, pode ter encontrado uma solução para esse problema. Em seu recente estudo publicado em RSC Advances , eles mostraram que certos líquidos iônicos (sais fundidos que estão em estado líquido a temperaturas relativamente baixas) podem suprimir a agregação de corantes em um grau impressionante. Outros membros desta equipe de pesquisa incluíram a Sra. Ayaka Matsunaga e o Prof. Tomohiro Ozawa do Instituto de Tecnologia de Nagoya, e o Prof. Hideki Masuda do Instituto de Tecnologia de Aichi, Japão.

Mas, como os líquidos iônicos alcançam esse feito? Para esclarecer o mecanismo exato em jogo, os pesquisadores se concentraram em dois líquidos iônicos com tamanhos moleculares marcadamente diferentes e dois tipos de corantes. Ambos os líquidos iônicos tinham uma estrutura molecular semelhante compreendendo uma âncora que se liga bem ao eletrodo (dióxido de titânio, TiO₂ ), uma cadeia de polímero principal que liga essa âncora a um átomo de fósforo e três cadeias de polímero curtas adicionais que se projetam do átomo de fósforo e afastam-se da cadeia "vertical" principal.

Os pesquisadores submergiram o TiO₂ eletrodos em soluções com diferentes proporções de corante para líquido iônico e analisar cuidadosamente como as diferentes moléculas aderem a eles. Depois de otimizar o procedimento de síntese, eles descobriram que os DSSCs feitos usando o líquido iônico com uma estrutura molecular mais longa tiveram um desempenho notavelmente melhor do que suas contrapartes com eletrodos de óxido não modificados. "A estrutura molecular espacialmente volumosa dos líquidos iônicos atua como um agente antiagregante eficaz sem afetar significativamente a quantidade de corante adsorvido no eletrodo", explica o Dr. Inomata. "Mais importante, a introdução do líquido iônico maior melhora todos os parâmetros fotovoltaicos dos DSSCs."

Escusado será dizer que melhorar a tecnologia de células solares pode nos dar uma vantagem na luta contra a atual crise energética e climática. Embora os líquidos iônicos sejam tipicamente caros, a maneira como são usados ​​pela equipe é, de fato, econômica. "Simplificando, a idéia é aplicar líquidos iônicos apenas na parte necessária do dispositivo - neste caso, a superfície do eletrodo", afirma o Dr. Inomata.

A equipe acredita que o uso generalizado de eletrodos modificados com líquidos iônicos pode abrir caminho para materiais altamente funcionais e acessíveis para células solares e sistemas catalíticos. Como a estrutura dos líquidos iônicos pode ser ajustada durante sua síntese, eles oferecem uma versatilidade muito necessária como agentes antiagregantes. + Explorar mais

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