Pesquisadores da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, estão liderando um projeto de pesquisa global para desenvolver células solares transparentes com o objetivo de torná-las duráveis por até 30 anos, visando a aplicações em construção civil, como em janelas e paredes. Uma vez que o silício não é transparente, a pesquisa tem explorado materiais orgânicos (baseados em carbono), e o desafio é criar soluções para evitar que materiais orgânicos muito eficientes de conversão de luz se degradem rapidamente durante o uso.

Ao estudar a natureza da degradação nessas células solares, a equipe de pesquisadores reconheceu a necessidade de “escoramento” em alguns lugares das moléculas que transferem os elétrons fotogerados para os eletrodos de saída do sistema FV. Esses materiais são conhecidos como "aceitadores não-fulerenos", para diferenciá-los dos "aceitadores fulerenos", mais robustos mas menos eficientes, feitos de malha de carbono em nanoescala. As células solares baseadas com aceitadores não-fulerenos que incorporam enxofre podem atingir eficiências rivais às do silício, de 18%, mas não duram tanto porque possuem ligações fracas, que se dissociam facilmente sob fótons de alta energia, especialmente os fótons UV (ultravioleta) comuns na luz do sol. A equipe de pesquisa demonstrou que, sem proteger o material de conversão da luz solar, a eficiência cai para menos de 40% de seu valor inicial em 12 semanas sob iluminação equivalente a 1 sol.

Para escorar as moléculas, primeiro foi adicionada uma camada de óxido de zinco – ingrediente comum em protetores solares – para bloquear a luz UV no lado do vidro exposto ao sol. Essa camada fina de ZnOx no lado da região absorvente da luz ajudou a conduzir os elétrons gerados pela via solar para o eletrodo. Mas isso provocou a decomposição do frágil absorvedor de luz, de modo que a equipe adicionou uma camada de um material baseado em carbono chamado IC-SAM, como um buffer.

Além disso, o eletrodo que atrais “buracos” carregados positivamente – essencialmente, espaços deixados vagos pelos elétrons – no circuito também pode reagir com o absorvedor de luz. Para proteger esse flanco, os pesquisadores adicionaram outra camada de proteção, desta vez um fulereno em forma de bola de futebol.

A equipe então testou essas novas defesas para as células sob diferentes intensidades de luz solar simulada e temperaturas de até 60 ˚C. Ao estudar a degradação nessas condições, os cientistas calcularam que as células solares ainda estariam funcionando com 80% da eficiência inicial após 30 anos. A pesquisa já conseguiu aumentar a transparência do módulo para 40% e, em breve, a expectativa é de se aproximar de 60% de transparência.

O projeto conta ainda com pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte, nos EUA, e das Universidades de Tianjin e de Zhejiang, ambas da China. Os resultados foram publicados na semana passada na “Nature Communications” e o artigo pode ser acessado/baixado gratuitamente em https://www.nature.com/articles/s41467-021-25718-w.