p (Phys.org) —Uma nova versão de células solares criadas por laboratórios nas universidades Rice e Pennsylvania State poderia abrir a porta para pesquisas em uma nova classe de dispositivos de energia solar. p Os dispositivos fotovoltaicos criados em um projeto liderado pelo engenheiro químico da Rice, Rafael Verduzco, e pelo engenheiro químico da Penn State, Enrique Gomez, são baseados em copolímeros em bloco, materiais orgânicos de automontagem que se organizam em camadas distintas. Eles superam facilmente outras células com compostos de polímero como elementos ativos.

p A descoberta é detalhada online no jornal American Chemical Society Nano Letras .

p Embora comercial, células solares baseadas em silício transformam cerca de 20 por cento da luz solar em eletricidade e unidades experimentais chegam a 25 por cento, tem havido uma tendência de pesquisa em células baseadas em polímeros que podem reduzir significativamente o custo da energia solar, Disse Verduzco. As células de Rice / Penn State alcançam cerca de 3 por cento de eficiência, mas isso é surpreendentemente melhor do que outros laboratórios conseguiram usando compostos de polímero.

p "Você precisa de dois componentes em uma célula solar:um para carregar elétrons (negativos), o outro carrega cargas positivas, "Disse Verduzco. O desequilíbrio entre os dois impulsionado pela entrada de energia - a luz solar - cria uma corrente útil.

p Desde meados da década de 1980, pesquisadores têm experimentado empilhar ou misturar componentes de polímero com sucesso limitado, Disse Verduzco. Mais tarde, as misturas de polímero / fulereno atingiram 10 por cento de eficiência, mas os fulerenos - neste caso, buckyballs C-60 aprimorados - são difíceis de trabalhar, ele disse.

p O laboratório Rice descobriu um copolímero em bloco - P3HT-b-PFTBT - que se separa em bandas com cerca de 16 nanômetros de largura. Mais interessante para os pesquisadores foi a tendência natural dos polímeros de formar bandas perpendiculares ao vidro. O copolímero foi criado na presença de uma camada superior de vidro / óxido de índio e estanho (ITO) a modestos 165 graus Celsius.

p Com uma camada de alumínio do outro lado do dispositivo construído pela equipe da Penn State, as bandas de polímero se estendiam dos eletrodos de cima para baixo e forneciam um caminho livre para o fluxo de elétrons.

p "No papel, copolímeros em bloco são excelentes candidatos para células solares orgânicas, mas ninguém conseguiu obter um desempenho fotovoltaico muito bom usando copolímeros em bloco, "Disse Verduzco." Não desistimos da ideia dos copolímeros em bloco porque, na verdade, só houve um punhado desses tipos de células solares testadas anteriormente. Achamos que obter um bom desempenho usando copolímeros em bloco seria possível se projetássemos os materiais certos e fabricássemos as células solares nas condições certas. "

p Mistérios permanecem, ele disse. "Não está claro por que o copolímero se organiza perpendicularmente aos eletrodos, "disse ele." Nossa hipótese é que ambos os polímeros querem estar em contato com o vidro revestido com ITO. Achamos que força essa orientação, embora ainda não tenhamos provado isso. "

p Ele disse que os pesquisadores querem experimentar outros copolímeros em bloco e aprender a controlar suas estruturas para aumentar a capacidade da célula solar de capturar fótons e transformá-los em eletricidade. Depois de obterem um desempenho superior das células, a equipe analisará o uso de longo prazo.

p "Vamos nos concentrar primeiro no desempenho, porque se não conseguirmos chegar alto o suficiente, não há razão para abordar alguns dos outros desafios, como estabilidade, "Verduzco disse. Encapsular uma célula solar para evitar que o ar e a água se degradem é fácil, ele disse, mas protegê-lo da degradação ultravioleta ao longo do tempo é difícil. "Você tem que expô-lo à luz do sol. Isso você não pode evitar."