Um concentrador solar luminescente é uma tecnologia emergente de coleta de luz solar que tem o potencial de perturbar a maneira como pensamos sobre energia; Ele pode transformar qualquer janela em uma fonte de energia durante o dia.

"Nestes dispositivos, uma fração da luz transmitida através da janela é absorvida por partículas nanométricas (pontos quânticos semicondutores) dispersas em uma janela de vidro, reemitida no comprimento de onda infravermelho invisível ao olho humano, e guiado por ondas para uma célula solar na borda da janela, "disse Victor Klimov, pesquisador principal do projeto no Laboratório Nacional de Los Alamos, do Departamento de Energia. "Usando este design, uma janela quase transparente se torna um gerador elétrico, um que pode alimentar o ar condicionado do seu quarto em um dia quente ou um aquecedor em um dia frio. "

Isso é o que se torna possível com novos dispositivos - quantum dot LSCs - que estarão disponíveis na revista Nature Nanotechnology no estudo "Concentradores solares luminescentes incolores de grande área altamente eficientes usando pontos quânticos coloidais livres de metais pesados". O trabalho foi realizado por pesquisadores do Centro de Fotofísica Solar Avançada (CASP) de Los Alamos, liderado por Klimov e a equipe de pesquisa coordenada por Sergio Brovelli e Francesco Meinardi do Departamento de Ciência dos Materiais da Universidade de Milan-Bicocca (UNIMIB) na Itália.

Em abril de 2014, usando pontos quânticos compostos especiais, a colaboração ítalo-americana demonstrou o primeiro exemplo de concentradores solares luminescentes de grande área livres de perdas por reabsorção da luz guiada pelas nanopartículas. Isso representou um avanço fundamental em relação à tecnologia anterior, que se baseava em emissores orgânicos que permitiam a realização de concentradores de apenas alguns centímetros de tamanho.

Contudo, os pontos quânticos usados ​​em dispositivos de prova de princípio anteriores ainda eram inadequados para aplicações do mundo real, pois eram baseados no metal pesado tóxico cádmio e eram capazes de absorver apenas uma pequena porção da luz solar. Isso resultou em eficiência de coleta de luz limitada e forte coloração amarela / vermelha dos concentradores, o que complicou sua aplicação em ambientes residenciais.

Klimov, Diretor do CASP, explicou como a abordagem atualizada resolve o problema de coloração:"Nossos novos dispositivos usam pontos quânticos de uma composição complexa que inclui cobre (Cu), índio (In), selênio (Se) e enxofre (S). Esta composição é freqüentemente abreviada como CISeS. Mais importante, essas partículas não contêm quaisquer metais tóxicos que estão normalmente presentes em LSCs previamente demonstrados. "

"Além disso, "Klimov observou, "os pontos quânticos CISeS fornecem uma cobertura uniforme do espectro solar, adicionando assim apenas uma tonalidade neutra a uma janela sem introduzir qualquer distorção nas cores percebidas. Além disso, sua emissão infravermelha é invisível ao olho humano, mas ao mesmo tempo é ideal para a maioria das células solares comuns baseadas em silício. "

Francesco Meinardi, professor de Física da UNIMIB, descreveu o trabalho emergente, observando, “Para que essa tecnologia saia dos laboratórios de pesquisa e alcance todo o seu potencial em arquitetura sustentável, é necessário construir concentradores não tóxicos capazes de coletar todo o espectro solar. "

"Devemos ainda preservar a capacidade chave de transmitir a luminescência guiada sem perdas de reabsorção, no entanto, de forma a complementar a alta eficiência fotovoltaica com dimensões compatíveis com janelas reais. O fator estético também é de importância crítica para a conveniência de uma tecnologia emergente, "Disse Meinardi.

Hunter McDaniel, ex-bolsista de pós-doutorado do CASP de Los Alamos e atualmente empresário de pontos quânticos (fundador e presidente da UbiQD), adicionado, "com uma nova classe de baixo custo, pontos quânticos de baixo risco compostos de CISeS, superamos alguns dos maiores obstáculos para a implantação comercial dessa tecnologia. "

"Um dos problemas restantes a enfrentar é a redução de custos, mas já este material é significativamente mais barato de fabricar do que pontos quânticos alternativos usados ​​em demonstrações LSC anteriores, "McDaniel disse.

Um elemento chave deste trabalho é um procedimento comparável ao método industrial de fundição de células usado para fabricar janelas de polímero de alta qualidade óptica. Envolve um novo protocolo UNIMIB para encapsular pontos quânticos em uma matriz de polímero transparente de alta qualidade óptica. O polímero usado neste estudo é um polilaurilmetacrilato reticulado, que pertence à família dos polímeros de acrilato. Suas longas cadeias laterais evitam a aglomeração dos pontos quânticos e fornecem-lhes o ambiente local "amigável", que é semelhante ao da suspensão coloidal original. Isso permite preservar as propriedades de emissão de luz dos pontos quânticos após o encapsulamento no polímero.

Sergio Brovelli, o pesquisador líder da equipe italiana, concluiu:"Quantum dot solar window technology, dos quais tínhamos demonstrado a viabilidade apenas um ano atrás, agora se torna uma realidade que pode ser transferida para a indústria no curto a médio prazo, permitindo-nos converter não apenas telhados, como fazemos agora, mas todo o corpo de prédios urbanos, incluindo janelas, em geradores de energia solar. "

"Isso é especialmente importante em áreas urbanas densamente povoadas, onde as superfícies dos telhados são muito pequenas para coletar toda a energia necessária para as operações do edifício, "disse ele. Ele propõe que as estimativas da equipe indiquem que, ao substituir o vidro passivo de um arranha-céu, como o One World Trade Center em Nova York (72, 000 metros quadrados divididos em 12, 000 janelas) com nossa tecnologia, seria possível gerar o equivalente à necessidade energética de mais de 350 apartamentos.

"Adicione a esses números notáveis, a energia que seria economizada pela redução da necessidade de ar condicionado graças ao efeito de filtragem do LSC, que reduz o aquecimento de espaços internos pela luz solar, e você tem uma tecnologia potencialmente revolucionária para cidades com energia "líquida zero", "Brovelli disse.