p Uma abordagem promissora para fazer células solares baratas, leve e flexível é usar orgânico (ou seja, compostos contendo carbono) em vez de caros, silício altamente purificado. Mas um problema teimoso retardou o desenvolvimento dessas células:os pesquisadores têm dificuldade em encontrar materiais apropriados para os eletrodos transportarem a corrente de e para as células. Especificamente, tem sido difícil fazer eletrodos usando materiais que podem corresponder à flexibilidade das células orgânicas, transparência e baixo custo. p O material padrão usado até agora para esses eletrodos é óxido de índio-estanho, ou ITO. Mas o índio é caro e relativamente raro, portanto, a busca foi por um substituto adequado. Agora, uma equipe de pesquisadores do MIT descobriu uma maneira prática de usar um possível substituto feito de carbono barato e onipresente. O material proposto é o grafeno, uma forma de carbono em que os átomos formam uma folha plana com apenas um átomo de espessura, dispostos em uma formação semelhante a um arame de galinha.

p Uma análise de como usar o grafeno como eletrodo para essas células solares foi publicada em 17 de dezembro na revista Nanotecnologia , em um artigo dos professores do MIT, Jing Kong e Vladimir Bulović, juntamente com dois de seus alunos e um pesquisador de pós-doutorado.

p O grafeno é transparente, de modo que eletrodos feitos com ele possam ser aplicados às células solares orgânicas transparentes sem bloquear a luz que entra. Além disso, é flexível, como as próprias células solares orgânicas, para que possa fazer parte de instalações que exigem que o painel siga os contornos de uma estrutura, como um telhado padronizado. ITO, por contraste, é rígido e quebradiço.

p O maior problema em fazer o grafeno funcionar como um eletrodo para células solares orgânicas é fazer com que o material adira ao painel. Grafeno repele água, então, os procedimentos típicos para produzir um eletrodo na superfície depositando o material de uma solução não funcionarão.

p A equipe tentou uma variedade de abordagens para alterar as propriedades da superfície da célula ou usar outras soluções além da água para depositar o carbono na superfície, mas nenhum deles teve um bom desempenho, Kong diz. Mas então eles descobriram que "doping" a superfície - isto é, introduzindo um conjunto de impurezas na superfície - mudou a maneira como se comportava, e permitiu que o grafeno se ligasse firmemente. Como um bônus, descobriu-se que o doping também melhorou a condutividade elétrica do material.

p Embora as características específicas do eletrodo de grafeno sejam diferentes daquelas do ITO que ele substituiria, seu desempenho geral em uma célula solar é muito semelhante, Kong diz. E a flexibilidade e o peso leve das células solares orgânicas com eletrodos de grafeno podem abrir uma variedade de aplicações diferentes que não seriam possíveis com os painéis solares convencionais à base de silício de hoje, ela diz. Por exemplo, por causa de sua transparência, eles podem ser aplicados diretamente às janelas sem bloquear a visualização, e eles podem ser aplicados a superfícies irregulares de paredes ou telhados. Além disso, eles podem ser empilhados em cima de outros painéis solares, aumentando a quantidade de energia gerada em uma determinada área. E eles podem até ser dobrados ou enrolados para facilitar o transporte.

p Embora esta pesquisa tenha analisado como adaptar o grafeno para substituir um dos dois eletrodos em um painel solar, Kong e seus colegas de trabalho agora estão tentando adaptá-lo ao outro eletrodo também. Além disso, o uso generalizado dessa tecnologia exigirá novas técnicas para a fabricação em larga escala de grafeno - uma área de pesquisa muito ativa. O trabalho em andamento foi financiado pelo Eni-MIT Alliance Solar Frontiers Center e uma bolsa de pesquisa da NSF.

p Peter Peumans, professor assistente de engenharia elétrica na Universidade de Stanford, que não estava envolvido neste estudo, afirma que as células solares orgânicas provavelmente se tornarão práticas apenas com o desenvolvimento da tecnologia de eletrodo transparente, que é mais barata e mais robusta do que os óxidos de metal convencionais. Outros materiais estão sendo estudados como possíveis substitutos, ele diz, mas este trabalho representa um “progresso muito importante” no sentido de tornar o grafeno um eletrodo de substituição transparente confiável.

p “Outros grupos já haviam mostrado que o grafeno apresenta boas combinações de transparência e resistência da folha, mas ninguém foi capaz de alcançar um desempenho com eletrodos de grafeno que corresponda aos dispositivos em eletrodos convencionais de óxido de metal (ITO), ”Peumans diz. “Este trabalho é um impulso substancial para tornar o grafeno um candidato líder.”

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Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.