(Phys.org) —Os cientistas da Universidade de Stanford construíram a primeira célula solar feita inteiramente de carbono, uma alternativa promissora aos materiais caros usados ​​em dispositivos fotovoltaicos hoje.

Os resultados são publicados na edição online de 31 de outubro da revista. ACS Nano .

“O carbono tem potencial para oferecer alto desempenho a baixo custo, "disse o autor sênior do estudo, Zhenan Bao, professor de engenharia química em Stanford. "Para o melhor de nosso conhecimento, esta é a primeira demonstração de uma célula solar funcional que possui todos os componentes feitos de carbono. Este estudo baseia-se no trabalho anterior realizado em nosso laboratório. "

Ao contrário dos painéis solares de silício rígidos que adornam muitos telhados, O protótipo de filme fino de Stanford é feito de materiais de carbono que podem ser revestidos de solução. "Talvez no futuro possamos olhar para mercados alternativos onde células solares de carbono flexível são revestidas na superfície dos edifícios, nas janelas ou nos carros para gerar eletricidade, "Bao disse.

A técnica de revestimento também tem potencial para reduzir custos de fabricação, disse o estudante de graduação de Stanford Michael Vosgueritchian, co-autor principal do estudo com o pesquisador de pós-doutorado Marc Ramuz.

"O processamento de células solares à base de silício requer muitas etapas, "Vosgueritchian explicou." Mas todo o nosso dispositivo pode ser construído usando métodos de revestimento simples que não requerem ferramentas e máquinas caras. "

Nanomateriais de carbono

A célula solar experimental do grupo Bao consiste em uma camada fotoativa, que absorve a luz solar, imprensado entre dois eletrodos. Em uma célula solar de película fina típica, os eletrodos são feitos de metais condutores e óxido de índio e estanho (ITO). “Materiais como o índio são escassos e estão ficando mais caros conforme a demanda por células solares, painéis touchscreen e outros dispositivos eletrônicos crescem, "Bao disse." Carbono, por outro lado, é de baixo custo e abundante na Terra. "

Para o estudo, Bao e seus colegas substituíram a prata e o ITO usados ​​em eletrodos convencionais por grafeno - folhas de carbono com a espessura de um átomo - e nanotubos de carbono de parede única com 10, 000 vezes mais estreito que um fio de cabelo humano. "Os nanotubos de carbono têm condutividade elétrica extraordinária e propriedades de absorção de luz, "Bao disse.

Para a camada ativa, os cientistas usaram material feito de nanotubos de carbono e "fulerenos" - moléculas de carbono em forma de bola de futebol com apenas um nanômetro de diâmetro. A equipe de pesquisa registrou recentemente uma patente para todo o dispositivo.

"Cada componente da nossa célula solar, de cima para baixo, é feito de materiais de carbono, "Vosgueritchian disse." Outros grupos relataram a fabricação de células solares totalmente de carbono, mas eles se referiam apenas à camada ativa no meio, não os eletrodos. "

Uma desvantagem do protótipo totalmente em carbono é que ele absorve principalmente os comprimentos de onda do infravermelho próximo, contribuindo para uma eficiência de laboratório de menos de 1 por cento - muito mais baixa do que as células solares disponíveis comercialmente. "Claramente, temos um longo caminho a percorrer em termos de eficiência, "Bao disse." Mas com melhores materiais e melhores técnicas de processamento, esperamos que a eficiência aumente dramaticamente. "

Melhorando a eficiência

A equipe de Stanford está procurando várias maneiras de melhorar a eficiência. "A aspereza pode causar curto-circuito no dispositivo e dificultar a coleta da corrente, "Bao disse." Temos que descobrir como tornar cada camada muito lisa, empilhando os nanomateriais muito bem. "

Os pesquisadores também estão experimentando nanomateriais de carbono que podem absorver mais luz em uma faixa mais ampla de comprimentos de onda, incluindo o espectro visível.

"Os materiais feitos de carbono são muito robustos, "Bao disse." Eles permanecem estáveis ​​em temperaturas de ar de quase 1, 100 graus Fahrenheit. "

A capacidade das células solares de carbono de superar os dispositivos convencionais em condições extremas pode superar a necessidade de maior eficiência, de acordo com Vosgueritchian. "Acreditamos que as células solares totalmente de carbono podem ser usadas em ambientes extremos, como em altas temperaturas ou em alto estresse físico, "disse ele." Mas obviamente queremos a maior eficiência possível e estamos trabalhando em maneiras de melhorar nosso dispositivo. "

"A energia fotovoltaica será definitivamente uma fonte muito importante de energia que iremos explorar no futuro, "Bao disse." Temos muita luz solar disponível. Temos que descobrir uma maneira de usar este recurso natural que nos é dado. "