p Um novo estudo do St. Mary's College de Maryland nos coloca mais perto da tecnologia de células solares do tipo "faça você mesmo", prometendo células solares de terceira geração que utilizam uma deposição de tinta nanocristal que pode transformar os caros painéis solares à base de silício em algo do passado. p Em um estudo de 2014, publicado no jornal Físico Química Física Química , O especialista em energia do St. Mary's College of Maryland, Professor Troy Townsend, apresentou a primeira tecnologia fotovoltaica totalmente inorgânica totalmente processada por solução.

p Enquanto o progresso na fotovoltaica de filme fino orgânico está crescendo rapidamente, dispositivos inorgânicos ainda detêm o recorde de maior eficiência, em parte devido à sua ampla absorção espectral e excelentes propriedades eletrônicas. Considerando as maiores eficiências registradas e menor custo por watt em comparação com dispositivos orgânicos, combinado com a estabilidade térmica e fotoestável aprimorada de materiais inorgânicos em grande escala, Townsend, em seu estudo de 2014, focada em uma estrutura totalmente inorgânica para a fabricação de uma célula solar totalmente baseada em solução de cima para baixo.

p Uma grande desvantagem em comparação com os orgânicos, Contudo, é que os materiais inorgânicos são difíceis de depositar na solução. Para superar isso, Townsend sintetizou materiais em nanoescala. Os nanocristais inorgânicos encerrados em uma casca de ligante orgânico são solúveis em solventes orgânicos e podem ser depositados a partir da solução (isto é, rodar-, mergulhar-, spray-coat) enquanto os materiais inorgânicos tradicionais requerem uma câmara de vácuo de alta temperatura. Os dispositivos solares são fabricados a partir de tintas de partículas em nanoescala das camadas de absorção de luz, telureto de cádmio / seleneto de cádmio, e tintas metálicas acima e abaixo. Por aqui, todo o dispositivo eletrônico pode ser construído em substratos de vidro não condutores usando equipamentos que você pode encontrar em sua cozinha.

p O grande desafio enfrentado pelos nanocristais inorgânicos (3-5 nm) é que eles devem ser recozidos ou aquecidos para formar grãos de 'escala em massa' maiores (100 nm a 1 μm) a fim de produzir dispositivos de trabalho. Townsend recentemente se juntou a pesquisadores da Marinha para explorar esse processo.

p "Quando você pulveriza sobre esses nanocristais, você tem que aquecê-los para fazê-los funcionar, "explicou Townsend, "mas você não pode simplesmente aquecer os cristais por si próprios, você tem que adicionar um agente de sinterização e isso, nos últimos 40 anos, foi cloreto de cádmio, um sal tóxico usado em dispositivos comerciais de película fina. Ninguém testou alternativas não tóxicas para dispositivos de tinta em nanoescala, e queríamos explorar o mecanismo do processo de sinterização para poder implementar sais mais seguros. "

p Em seu último estudo, publicado este ano no Journal of Materials Chemistry A , Townsend, junto com pesquisadores da Marinha, descobriram que o cloreto de amônio não é tóxico, alternativa viável e barata ao cloreto de cádmio para células solares nanocristais. Esta descoberta veio depois de testar vários sais diferentes. Dispositivos feitos com cloreto de amônio (que é comumente usado na fabricação de pão) tinham características de dispositivo comparáveis ​​aos feitos com cloreto de cádmio, e o afastamento dos tratamentos com sal de cádmio alivia as preocupações sobre a saúde ambiental e a segurança dos métodos de processamento atuais.

p A equipe também descobriu que o papel do tratamento com sal envolve reações cruciais de remoção do ligante. Isso é exclusivo para nanocristais inorgânicos e não é observado para métodos de deposição a vácuo em grande escala. "Muito trabalho empolgante foi feito na troca de ligantes nanocristais, mas, pela primeira vez, elucidamos a dupla função do sal como agente de troca de ligante e agente de sinterização simultânea. Esta é uma distinção importante para esses dispositivos, porque os nanocristais são normalmente sintetizados com uma camada de ligante orgânico nativo. Esta casca precisa ser removida antes do aquecimento, a fim de melhorar as propriedades eletrônicas do filme, "disse Townsend sobre a descoberta. Como os nanomateriais estão na vanguarda do surgimento de novas propriedades em comparação com sua contraparte em massa, o estudo é importante para o futuro da fabricação de dispositivos eletrônicos.

p A pesquisa surge na esteira do anúncio do governo Obama, em julho, de colocar mais painéis solares em habitações de baixa renda e expandir o acesso à energia solar para os locatários. e a recente promessa de obter 20 por cento da eletricidade total dos EUA de fontes renováveis ​​até o ano de 2030.

p "Agora mesmo, a tecnologia solar é algo inatingível para a pessoa média, "disse Townsend." O sonho é tornar o processo de montagem e instalação tão barato e simples que você possa ir a uma loja de materiais de construção local, comprar um kit e borrifá-lo em seu próprio telhado. É por isso que estamos trabalhando em células solares em spray. "

p Townsend planeja novas pesquisas para aumentar a eficiência das células solares nanocristais totalmente inorgânicas (atualmente atingindo cinco por cento), ao construí-los com componentes totalmente não tóxicos.