Sistema inovador capta luz com eficincia indita

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 19/07/2024

Clulas solares orgnicas

Para converter a luz solar em eletricidade ou outras formas de energia do modo mais eficiente possvel, o primeiro passo contar com um sistema eficiente de captao de luz. Em termos ideais, ele deveria ainda ser pancromtico, ou seja, absorver todo o espectro da luz visvel.

As antenas coletoras de luz das plantas e bactrias so um modelo para isso: Elas capturam um amplo espectro de luz para a fotossntese, mas tm estruturas muito complexas e requerem muitos corantes diferentes para transmitir a energia da luz absorvida e focaliz-la em um ponto central, o que torna quase invivel reproduzir todo o sistema de modo sinttico.

Os sistemas de captao de luz desenvolvidos pelos humanos tambm apresentam desvantagens: Embora os semicondutores inorgnicos, como o silcio, sejam pancromticos, eles absorvem luz apenas fracamente. Para absorver energia luminosa suficiente, so necessrias camadas muito espessas de silcio, na faixa dos micrmetros, tornando as clulas solares relativamente volumosas e pesadas.

Os corantes orgnicos adequados para as clulas solares so muito mais finos: A espessura de sua camada de apenas cerca de 100 nanmetros. Esta tecnologia conhecida por vrios nomes, como clulas solares orgnicas, clulas de Gratzel, clulas solares sensibilizadas por corantes, DSCs, clulas solares de plstico etc.

No entanto, elas mal conseguem absorver uma ampla faixa espectral e, portanto, no so particularmente eficientes, embora sejam muito atrativas por serem flexveis e muito baratas.

A antena leva as clulas solares orgnicas a um novo patamar.
[Imagem: Alexander Schulz et al. – 10.1016/j.chempr.2024.05.023]

Antena de luz eficiente

Pesquisadores da Universidade de Wurzburg, na Alemanha, apresentaram agora um sistema inovador de captao de luz que difere significativamente dos sistemas anteriores, prometendo um novo impulso s clulas solares orgnicas.

“Nosso sistema tem uma estrutura de banda semelhante dos semicondutores inorgnicos. Isso significa que ele absorve luz pancromaticamente em toda a faixa visvel. E ele usa os altos coeficientes de absoro dos corantes orgnicos. Como resultado, ele consegue absorver uma grande quantidade da energia da luz em uma camada relativamente fina, semelhante aos sistemas naturais de captao de luz,” disse o professor Frank Wurthner.

Em termos mais simples, a antena de captao de luz inovadora consiste em quatro corantes diferentes de merocianina, que so dobrados e ento empilhados, formando o que essencialmente uma antena que capta luz. O elaborado arranjo das molculas permite que os eltrons fluam de modo ultrarrpido e eficiente, transferindo muita energia.

Os pesquisadores deram ao prottipo do novo sistema de coleta de luz o nome de URPB. As letras representam os comprimentos de onda da luz que so absorvidos pelos quatro componentes corantes da antena: U para ultravioleta, R para vermelho (red), P para roxo (purple), B para azul (blue).

A antena de luz converte 38% da energia luminosa irradiada em uma ampla faixa espectral em fluorescncia – os quatro corantes por si s, por outro lado, conseguem lidar com apenas entre 1-3% da luz. A combinao certa e o arranjo espacial das molculas de corante na pilha, portanto, fazem uma grande diferena, o que dever inspirar outras equipes a aprimorar seus prprios projetos de antenas orgnicas de luz.

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