p Cerca de 40 por cento da energia solar que atinge a superfície da Terra encontra-se na região do infravermelho próximo do espectro - energia que as células solares convencionais à base de silício são incapazes de aproveitar. Mas um novo tipo de célula solar totalmente em carbono desenvolvida por pesquisadores do MIT poderia aproveitar essa energia não utilizada, abrindo a possibilidade de combinação de células solares - incorporando células tradicionais à base de silício e as novas células totalmente de carbono - que poderiam fazer uso de quase toda a gama de energia solar. p “É um tipo fundamentalmente novo de célula fotovoltaica, ”Diz Michael Strano, o professor Charles e Hilda Roddey de Engenharia Química do MIT e autora sênior de um artigo que descreve o novo dispositivo que foi publicado esta semana na revista Materiais avançados .

p A nova célula é feita de duas formas exóticas de carbono:nanotubos de carbono e C60, também conhecido como buckyballs. “Esta é a primeira célula fotovoltaica totalmente em carbono, ”Strano diz - uma façanha possibilitada por novos desenvolvimentos na produção em grande escala de nanotubos de carbono purificado. “Só nos últimos anos foi possível entregar a alguém um frasco com apenas um tipo de nanotubo de carbono, ”Diz ele. Para que as novas células solares funcionem, os nanotubos têm que ser muito puros, e de tipo uniforme:parede simples, e tudo de apenas uma das duas configurações simétricas possíveis dos nanotubos.

p Outros grupos fizeram células fotovoltaicas (PV) usando nanotubos de carbono, mas apenas usando uma camada de polímero para manter os nanotubos em posição e coletar os elétrons soltos quando absorvem a luz solar. Mas essa combinação adiciona etapas extras ao processo de produção, e requer revestimentos extras para evitar a degradação com a exposição ao ar. A nova célula fotovoltaica totalmente em carbono parece ser estável no ar, Strano diz.

p A célula baseada em carbono é mais eficaz na captura da luz solar na região do infravermelho próximo. Como o material é transparente à luz visível, tais células podem ser sobrepostas a células solares convencionais, criando um dispositivo tandem que poderia aproveitar a maior parte da energia da luz solar. As células de carbono precisarão de refino, Strano e seus colegas dizem:até agora, os primeiros dispositivos de prova de conceito têm uma eficiência de conversão de energia de apenas cerca de 0,1 por cento.

p Mas embora o sistema exija mais pesquisas e ajustes, “Estamos no caminho certo para fabricar células solares de infravermelho próximo de alta eficiência, ”Diz Rishabh Jain, um estudante de graduação que foi o autor principal do artigo.

p Como o novo sistema usa camadas de materiais em nanoescala, produzir as células exigiria quantidades relativamente pequenas de carbono altamente purificado, e as células resultantes seriam muito leves, a equipe diz. “Uma das coisas realmente boas sobre os nanotubos de carbono é que sua absorção de luz é muito alta, então você não precisa de muito material para absorver muita luz, ”Jain diz.

p Tipicamente, quando um novo material de célula solar é estudado, existem grandes ineficiências, que os pesquisadores gradualmente encontram maneiras de reduzir. Nesse caso, O pós-doutorado e co-autor Kevin Tvrdy diz:algumas dessas fontes de ineficiência já foram identificadas e abordadas:Por exemplo, os cientistas já sabem que as misturas heterogêneas de nanotubos de carbono são muito menos eficientes do que as formulações homogêneas, e o material que contém uma mistura de nanotubos de parede única e de parede múltipla são muito menos eficientes que às vezes nem funcionam, ele diz.

p “Está muito claro para nós o tipo de coisa que precisa acontecer para aumentar a eficiência, ”Jain diz. Uma área que os pesquisadores do MIT estão explorando agora é o controle mais preciso sobre a forma e espessura exatas das camadas de material que eles produzem, ele diz.

p A equipe espera que outros pesquisadores se juntem à busca de maneiras de melhorar seu sistema, Jain diz. “É muito mais um sistema modelo, ”Ele diz, “E outros grupos ajudarão a aumentar a eficiência.”

p Mas Strano aponta que, uma vez que a parte do infravermelho próximo do espectro solar não é atualmente utilizada por células solares típicas, mesmo uma célula de baixa eficiência que funcione naquela região pode valer a pena, desde que seu custo seja baixo. “Se você pudesse aproveitar até mesmo uma parte do espectro infravermelho próximo, agrega valor, ”Diz ele.

p Strano acrescenta que um dos revisores anônimos do jornal comentou que a obtenção de uma célula fotovoltaica à base de carbono com absorção de infravermelho sem camadas de polímero é a realização de "um sonho para o campo".

p Michael Arnold, um professor assistente de ciência de materiais e engenharia da Universidade de Wisconsin em Madison, que não estava envolvido nesta pesquisa, diz, “Os nanotubos de carbono oferecem possibilidades tentadoras para aumentar a eficiência das células solares e são como polímeros fotovoltaicos com esteróides.” Este trabalho, ele diz, “É empolgante porque demonstra a conversão de energia fotovoltaica usando uma camada ativa que é inteiramente feita de carbono.” Ele acrescenta, “Esta parece ser uma direção muito promissora que, eventualmente, permitirá que a promessa dos nanotubos seja mais totalmente aproveitada.”

p O trabalho também envolveu estudantes de graduação do MIT Rachel Howden, Steven Shimizu e Andrew Hilmer; pós-doutorado Thomas McNicholas; e a professora de engenharia química Karen Gleason. Foi apoiado pela empresa italiana Eni através da MIT Energy Initiative, bem como a National Science Foundation e o Departamento de Defesa por meio de bolsas de pós-graduação para Jain e Howden, respectivamente. p 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.