Células fotovoltaicas eficientes como réplicas de pétalas de rosas

Por Renata  Kaminski                                                                                                                   Dpto. de Química, UFS / Aracajú – SE

Imagem retirada do artigo original (final do texto)

Figura 01. Comparação da superfície de uma pétala de rosa com a superfície criada para aumentar a eficiências das células fotovoltaicas. Editado do artigo original (final do texto)

Cientistas do KIT (Karlsruhe Institute of Technology) reproduziram as células epidérmicas das pétalas de rosas El Toro, que possuem boa propriedade antirreflexo e integraram com células solares orgânicas. Isso resultou em um ganho de eficiência relativa de 12%, e os resultados foram apresentados no artigo publicado recentemente na revista científica Advanced Optical Materials.

Células fotovoltaicas trabalham de maneira similar à fotossíntese das plantas. A luz é absorvida e convertida em uma forma diferente de energia. Nesse processo, é importante que se utilize a maior porção do espectro de luz solar e que seja possível captar a luz de vários ângulos de incidência, pois devemos levar em consideração que a posição do sol muda ao longo do dia. As plantas possuem essa capacidade como resultado de um longo processo de evolução. Por essa razão, os pesquisadores se aproximaram da natureza quando desenvolveram células solares com um amplo espectro de absorção e uma alta tolerância ao ângulo de incidência da luz.

Primeiramente, investigaram as propriedades ópticas, e, sobretudo, o efeito antirreflexo das células epidérmicas de diferentes espécies de plantas. Essas propriedades são particularmente pronunciadas nas pétalas de rosas, nas quais existe um grande contraste de cores que aumenta as chances de polinização.

Os cientistas observaram as pétalas de rosas em microscópio eletrônico e constataram que se trata de um arranjo desordenado de microestruturas densamente empacotadas com nervuras formadas por nanoestruturas posicionadas aleatoriamente (Figura 01).

Para replicar exatamente a estrutura dessas células epidérmicas em uma grande área, eles transferiram para um molde polimérico e prensaram resultando no negativo da estrutura desejada (Figura 2A). Depois adicionaram a “cola ótica” que passou por um processo de cura sob luz UV. Usaram a pétala de rosas como molde e, dessa forma, se criou uma microestrutura de profundidade e densidade que é difícil de obter por técnicas artificiais (Figura 2B).

Renata imagem II

Em um segundo momento, os cientistas integraram essa réplica transparente das pétalas de rosas às células solares orgânicas. Esse processo resultou em um ganho de eficiência de conversão de 12% para a luz incidente verticalmente. Para ângulos menores, o ganho foi ainda maior. Isso foi atribuído às propriedades antirreflexo em todas as direções da epiderme replicada, o que reduz a superfície de reflexão a um valor abaixo de 5% para a luz incidente a um ângulo próximo de 80°. Além disso, a partir das análises, eles descobriram que cada epiderme replicada funciona como uma microlente. Isso amplia o caminho ótico dentro da célula solar, aumentando a interação entre a matéria e a luz e, consequentemente, a probabilidade dos fótons serem absorvidos.

Os pesquisadores sugerem replicar o tecido externo das pétalas de plantas maiores e usá-lo como camada transparente integrada a células solares para aumentar sua eficiência. Esse é um método simples, que pode ser aplicado a outros tipos de plantas com propriedades multifuncionais. Os cientistas ainda não compreenderam exatamente qual é o papel da desorganização estrutural na melhoria da absorção da luz, e a resposta para essa questão pode abrir ainda mais possibilidades para uma próxima geração de células solares.

Para acessar o artigo original, clique aqui.

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