Uma equipe da University of Southern California produziu filmes de átomos de carbono transparentes e flexíveis que, segundo os pesquisadores, têm grande potencial para uma nova geração de células solares.

"As células fotovoltaicas orgânicas (OPV) têm sido propostas como um meio de obter energia de baixo custo devido à sua facilidade de fabricação, peso leve, e compatibilidade com substratos flexíveis, "escreveu Chongwu Zhou, professor de engenharia elétrica na Escola de Engenharia USC Viterbi, em um artigo publicado recentemente na revista ACS Nano .

A técnica descrita no artigo descreve o progresso em direção a um novo design de célula OPV que tem vantagens significativas, particularmente na área de flexibilidade física.

Um aspecto crítico de qualquer dispositivo fotoeletrônico OPV é um eletrodo condutor transparente através do qual a luz pode se acoplar com materiais ativos para criar eletricidade. O novo trabalho indica que o grafeno, uma forma altamente condutora e altamente transparente de carbono composta de folhas de átomos de átomos de carbono, tem alto potencial para preencher essa função.

Embora a existência do grafeno seja conhecida há décadas, só foi estudado extensivamente desde 2004 devido à dificuldade de fabricá-lo em alta qualidade e em quantidade.

O laboratório de Zhou relatou a produção em grande escala de filmes de grafeno por deposição química de vapor há três anos. Nesse processo, a equipe de engenharia da USC cria folhas de grafeno ultrafinas depositando primeiro átomos de carbono na forma de filmes de grafeno em uma placa de níquel a partir do gás metano.

Em seguida, eles colocam uma camada protetora de termoplástico sobre a camada de grafeno, e então dissolver o níquel em um banho ácido. Na etapa final, eles anexam o grafeno protegido por plástico a uma folha de polímero muito flexível, que pode então ser incorporado em uma célula OPV. (veja o diagrama)

A equipe da USC produziu folhas de grafeno / polímero com tamanhos de até 150 centímetros quadrados que, por sua vez, podem ser usadas para criar matrizes densas de células OPV flexíveis.

Esses dispositivos OPV convertem a radiação solar em eletricidade, mas não tão eficientemente quanto as células de silício. A energia fornecida pela luz do sol em um dia ensolarado é de cerca de 1000 watts por metro quadrado. "Para cada 1000 watts de luz solar que atinge uma área de um metro quadrado da célula solar de silício padrão, 14 watts de eletricidade serão gerados, "diz Lewis Gomez De Arco, um doutorando e um membro da equipe que construiu os OPVs de grafeno. "As células solares orgânicas são menos eficientes; sua taxa de conversão para os mesmos mil watts de luz solar na célula solar à base de grafeno seria de apenas 1,3 watts."

Mas o que falta de eficiência em OPVs de grafeno, eles podem potencialmente mais do que gerar um preço mais baixo e, maior flexibilidade física. Gomez De Arco acredita que eventualmente será possível operar impressoras que colocam extensas áreas cobertas por células solares de baixo custo, muito parecido com as impressoras de jornais, jornais impressos.

"Eles podem ser pendurados como cortinas em casas ou mesmo feitos de tecido e usados ​​como roupas geradoras de energia. Posso imaginar as pessoas ligando seus telefones celulares ou dispositivos de música / vídeo enquanto correm ao sol, " ele disse.

Os pesquisadores da USC dizem que as OPVs de grafeno seriam um grande avanço em pelo menos uma área crucial em relação a um projeto de OPV rival, um baseado em Óxido de Índio-Estanho (ITO). Nos testes da equipe USC, As células ITO falharam em um ângulo de curvatura muito pequeno, enquanto as células à base de grafeno permaneceram operacionais após flexão repetida em ângulos de tensão muito maiores. Isso daria às células solares de grafeno uma vantagem decisiva em alguns usos, incluindo as aplicações impressas em tecido propostas pela equipe USC.

Zhou e os outros pesquisadores da equipe da USC - que incluíam Yi Zhang, Cody W. Schlenker, Koungmin Ryu, e Mark E. Thompson, além de Gomez de Arco - estão entusiasmados com o potencial desta tecnologia.

Seu artigo conclui que sua abordagem constitui um avanço significativo para a produção de eletrodos condutores transparentes em células solares. "O grafeno CVD atende aos critérios mais importantes de abundância, baixo custo, condutividade, estabilidade, compatibilidade eletrodo / filme orgânico, e flexibilidade que são necessárias para substituir ITO em fotovoltaicos orgânicos, que pode ter implicações importantes para futuros dispositivos optoeletrônicos orgânicos. "