A energia solar é uma das formas mais promissoras de energia renovável, mas o alto custo das células solares convencionais até agora limitou sua popularidade. Para aumentar a competitividade da energia solar, os cientistas se voltaram para o desenvolvimento de células solares sensibilizadas por corante - células solares que usam corantes orgânicos de baixo custo e nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) no lugar de semicondutores caros e elementos de terras raras para absorver a luz solar. Zhaohong Huang no Instituto A * STAR de Pesquisa de Materiais e Engenharia e colegas de trabalho reduziram ainda mais o custo das células solares sensibilizadas com corante substituindo o óxido de índio e estanho (ITO) - o material padrão para eletrodos transparentes - por nanotubos de carbono.

Uma célula solar sensibilizada com corante típica compreende uma camada porosa de nanopartículas de TiO2 imersas em um corante orgânico. O corante absorve a luz do sol e converte a energia em eletricidade, que flui para as nanopartículas de TiO2. O lado da célula solar voltado para o sol é geralmente coberto com um eletrodo transparente que carrega os portadores de carga para longe do TiO2 e para fora da célula solar. “Infelizmente, Os eletrodos ITO são quebradiços e racham facilmente, ”Diz Huang. “Eles também são caros e podem incorrer em até 60% do custo total da célula solar sensibilizada com corante.”

Huang e sua equipe, portanto, substituíram o eletrodo ITO por uma fina película de nanotubos de carbono. Os nanotubos de carbono conduzem eletricidade e são quase transparentes, flexível e forte, o que os torna o material ideal para eletrodos transparentes. A única desvantagem é que os portadores de carga gerados por foto no nanotubo podem se recombinar com os íons no corante, o que reduz a eficiência de conversão de energia da célula solar.

Para superar esse problema, Huang e sua equipe colocaram um filme fino de TiO2 entre o filme fino de nanotubo de carbono e a camada porosa. Eles descobriram que o desempenho das células solares sensibilizadas por corante com filme fino de TiO2 era significativamente melhor do que aquelas sem. Contudo, eles também descobriram que a eficiência de conversão solar de suas novas células solares sensibilizadas com corante era de apenas 1,8%, que é inferior ao das células solares convencionais usando eletrodos ITO. Isso se deve às resistências elétricas mais altas e à transparência óptica reduzida dos filmes de nanotubos de carbono, o que limita a quantidade de luz solar que entra na célula.

“Agora estamos estudando diferentes maneiras de melhorar a condutividade e a transparência dos filmes, ”Diz Huang. “Além disso, estamos planejando substituir o eletrodo de platina inferior por uma película fina de nanotubo de carbono para reduzir ainda mais o custo de células solares sensibilizadas com corante. ”

Se for bem sucedido, os resultados podem ter um grande impacto sobre o custo e a estabilidade das células solares sensibilizadas com corante.