Os pesquisadores do MIT produziram um novo tipo de célula fotovoltaica baseada em folhas de grafeno flexível revestidas com uma camada de nanofios. A abordagem pode levar a um custo baixo, células solares transparentes e flexíveis que podem ser implantadas em janelas, telhados ou outras superfícies.

A nova abordagem é detalhada em relatório publicado na revista. Nano Letras , co-autoria dos pós-docs do MIT Hyesung Park e Sehoon Chang, professora associada de ciência dos materiais e engenharia Silvija Gradečak, e oito outros pesquisadores do MIT.

Embora a maioria das células solares de hoje seja feita de silício, estes permanecem caros porque o silício é geralmente altamente purificado e então transformado em cristais que são cortados em fatias finas. Muitos pesquisadores estão explorando alternativas, tais como células solares nanoestruturadas ou híbridas; óxido de índio e estanho (ITO) é usado como um eletrodo transparente nessas novas células solares.

"Atualmente, ITO é o material de escolha para eletrodos transparentes, "Gradečak diz, como nas telas sensíveis ao toque agora usadas em smartphones. Mas o índio usado nesse composto é caro, enquanto o grafeno é feito de carbono onipresente.

O novo material, Gradečak diz, pode ser uma alternativa ao ITO. Além de seu custo mais baixo, oferece outras vantagens, incluindo flexibilidade, baixo peso, resistência mecânica e robustez química.

Construir nanoestruturas semicondutoras diretamente em uma superfície de grafeno puro sem prejudicar suas propriedades elétricas e estruturais tem sido um desafio devido à estrutura estável e inerte do grafeno, Gradečak explica. Então, sua equipe usou uma série de revestimentos de polímero para modificar suas propriedades, permitindo que eles liguem uma camada de nanofios de óxido de zinco a ele, e então uma sobreposição de um material que responde a ondas de luz - pontos quânticos de sulfeto de chumbo ou um tipo de polímero chamado P3HT.

Apesar dessas modificações, Gradečak diz, as propriedades inatas do grafeno permanecem intactas, proporcionando vantagens significativas no material híbrido resultante.

"Demonstramos que os dispositivos baseados em grafeno têm uma eficiência comparável ao ITO, "ela diz - no caso da sobreposição de pontos quânticos, uma eficiência geral de conversão de energia de 4,2 por cento - menos do que a eficiência das células de silício de uso geral, mas competitivo para aplicações especializadas. "Somos os primeiros a demonstrar células solares de nanofio de grafeno sem sacrificar o desempenho do dispositivo."

Além disso, ao contrário do crescimento de alta temperatura de outros semicondutores, um processo baseado em solução para depositar nanofios de óxido de zinco em eletrodos de grafeno pode ser feito inteiramente a temperaturas abaixo de 175 graus Celsius, diz Chang, um pós-doutorado no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais (DMSE) do MIT e um dos principais autores do artigo. As células solares de silício são normalmente processadas em temperaturas significativamente mais altas.

O processo de fabricação é altamente escalável, adiciona Park, o outro autor principal e pós-doutorado em DMSE e no Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação do MIT. O grafeno é sintetizado por meio de um processo denominado deposição química de vapor e, a seguir, revestido com as camadas de polímero. "O tamanho não é um fator limitante, e o grafeno pode ser transferido para vários substratos alvo, como vidro ou plástico, "Park diz.

Gradečak adverte que, embora a escalabilidade para células solares ainda não tenha sido demonstrada - ela e seus colegas só fizeram dispositivos de prova de conceito com meia polegada de tamanho - ela não prevê nenhum obstáculo para fazer tamanhos maiores. "Acredito que dentro de alguns anos poderemos ver dispositivos [comerciais]" baseados nesta tecnologia, ela diz.

László Forró, professor da Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, na Suíça, que não estava associado a esta pesquisa, diz que a ideia de usar o grafeno como eletrodo transparente "já estava no ar, ", mas não tinha realmente sido realizado.

"Na minha opinião, este trabalho é um grande avanço, "Forró diz." Excelente trabalho em todos os aspectos. "

Ele adverte que "o caminho ainda é longo para entrar em aplicações reais, existem muitos problemas a serem resolvidos, "mas acrescenta que" a qualidade da equipa de investigação em torno deste projecto… garante o sucesso. "

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.