Os edifícios do futuro podem vir equipados com janelas que podem gerar sua própria eletricidade, graças a uma descoberta de uma equipe liderada por Jacqui Cole, um cientista de materiais da Universidade de Cambridge, REINO UNIDO, atualmente baseado no Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE).

Pela primeira vez, Cole e seus colegas determinaram a estrutura molecular dos eletrodos de células solares em funcionamento em um dispositivo totalmente montado que funciona como uma janela. A descoberta, publicado em Nanoescala , ajuda a promover a tecnologia de janelas inteligentes que pode permitir que as cidades se aproximem do objetivo de serem sustentáveis ​​em termos de energia.

Os experimentos foram realizados em células solares sensibilizadas com corante, que são transparentes e, portanto, adequados para uso em vidro. As tentativas de criar tecnologias de janela inteligente foram limitadas pelos muitos mecanismos moleculares desconhecidos entre os eletrodos e o eletrólito que se combinam para determinar como o dispositivo funciona.

"A maioria dos estudos anteriores modelou a função molecular desses eletrodos de trabalho sem considerar os ingredientes do eletrólito, "Cole disse." Nosso trabalho mostra que esses ingredientes químicos podem influenciar claramente o desempenho das células solares, portanto, agora podemos usar esse conhecimento para ajustar os íons para aumentar a eficiência fotovoltaica. "

Para fazer a descoberta, Cole - o Royal Commission 2014 Design Fellow de 1851 - e seus colegas usaram a refletometria de nêutrons para sondar a função e a interação dos ingredientes eletrolíticos com os eletrodos das células solares sensibilizadas por corante. Refletometria de nêutrons, semelhantes às técnicas de refletometria de raios-X, permite aos cientistas medir a estrutura de filmes finos com alta resolução. Mas foi o fato de os testes terem sido realizados em um sistema semelhante a uma janela que fez uma descoberta significativa.

"A pesquisa anterior considerou os eletrodos de trabalho fora do dispositivo, portanto, não houve um caminho para determinar como os diferentes componentes do dispositivo interagem, "Cole disse." Nosso trabalho representa um grande salto em frente, pois é o primeiro exemplo do mundo de aplicação de refletometria de nêutrons in situ a células solares sensibilizadas com corante.

Esforços anteriores para caracterizar a interface corante / dióxido de titânio nessas células solares foram limitados a determinar esta estrutura interfacial dentro de um ambiente exposto ao ar ou em um meio solvente. Por causa dessas restrições, esses ambientes de células solares são essencialmente artificiais, com relevância limitada para aplicações em janelas.

Com esta descoberta, Contudo, Cole e seus colegas foram além das restrições artificiais. Ao fazer isso, eles podem entender melhor como um eletrodo de película fina contendo dióxido de titânio, um composto natural encontrado na tinta, protetor solar e corante alimentar, pode ter um grande impacto na eficiência da célula solar.

"Nosso trabalho mostrou que certos ingredientes químicos, alguns dos quais até agora foram esquecidos, pode influenciar claramente o desempenho fotovoltaico dessas células solares, "Cole disse.

Células solares mais eficientes como essas podem levar a tecnologia de janela inteligente para mais perto do mercado, disse Cole, acrescentando que a ciência está quase lá.

"Precisamos apenas de um aumento modesto no desempenho para tornar essas células solares competitivas, "Cole disse, "já que o preço / desempenho governa a economia da indústria de células solares. E a fabricação de células solares sensibilizadas com corantes é muito barata em comparação com outras tecnologias de células solares."

Em termos de desempenho, as células quebraram recentemente um recorde mundial com uma eficiência de conversão de energia de 14,3 por cento usando um eletrodo sensibilizado com corante com dois corantes orgânicos livres de metal co-sensibilizados. Esses corantes "prometem mais baratos, rotas sintéticas mais ecológicas e maior flexibilidade de design molecular do que suas contrapartes contendo metal, "de acordo com o jornal.

A descoberta foi feita com colegas da Universidade de Cambridge, Reino Unido, a Organização Australiana de Ciência e Tecnologia Nuclear e o Laboratório Rutherford Appleton, REINO UNIDO. Os pesquisadores continuam a aplicar esta técnica de caracterização de materiais para células solares sensibilizadas com corante, que poderia revelar mais segredos moleculares e abrir caminho para futuras aplicações de energia.