O grande espaço ocupado por janelas em edifícios de escritórios e arranha-céus pode ser um campo fértil para a colheita de energia solar – se células solares leves pudessem ser feitas com uma eficiência bastante alta e estética atraente. Agora, pesquisadores da Universidade de Oxford anunciam células solares semitransparentes que podem fazer exatamente isto.
Para uso em janelas, as células solares precisam absorver a luz suficiente para produzir energia, mas também deixar passar luz o suficiente para ser transparente. Materiais fotovoltaicos orgânicos podem absorver a luz infravermelha e passar a luz visível, mas eles têm muito baixa eficiência. Semicondutores inorgânicos, como o silício amorfo, absorvem fortemente na parte visível do espectro, de modo que as películas têm de ser muito finas para serem transparentes, diminuindo assim a quantidade de fótons que captura. Eles também tendem a dar janelas uma tonalidade acastanhada ou avermelhada, algo que os arquitetos não gostam.
A equipe de Oxford, liderada pelo físico Henry J. Snaith, construíram suas células solares usando perovskitas, uma classe de materiais cristalinos minerais, que atraiu recentemente muita atenção entre os pesquisadores em energia fotovoltaica. Perovskitas têm propriedades semelhantes aos semicondutores inorgânicos e apresentam eficiência de conversão solar para eletricidade de mais de 15%.
Para fazer com que suas células semitransparentes, os pesquisadores primeiro depositaram um filme da perovskita CH₃NH₃PbI₃ – xClx em vidro revestido com óxido de estanho dopado com flúor. Fizeram o filme por mistura de iodeto de metilamónio e de cloro e chumbo spin-coating a solução, juntamente com um solvente, tal como o dimetilsulfóxido, sobre o vidro. Em seguida, o filme resultante é aquecido a temperaturas que variam entre 90 e 130°C. À medida que a solução resfria, ele foi submetido a um processo chamado de desumidificação, que formaram gotículas na superfície do vidro, levando a ilhas de material cristalino com espaços vazios entre eles como o solvente evaporado. As ilhas absorvem fótons e os convertem em elétrons, enquanto a luz atingindo as áreas vazias passa. O resultado foi uma célula solar transparente com um tom acinzentado.
À medida que a transparência da película aumenta, diminui a eficiência. As células mais transparentes, que permitem transparência de cerca de 30% da luz recebida, converte luz em eletricidade com eficiência de 3,5%. Os filmes mais escuros, com apenas 7% de transparência, teve eficiência perto de 8%. Snaith diz o revestimento ideal seria deixar passar cerca de metade da luz para ter uma eficiência de conversão de 5%. “Acreditamos que há muito espaço para melhorá-lo ainda mais”, diz ele. Ele formou uma empresa, a Oxford Photovoltaics, com a esperança de comercialização de um dispositivo em 2017.
Snaith diz que o próximo passo é determinar a estabilidade do material. Uma célula solar prática deve funcionar por vários anos. Mas, mesmo se ele parar a geração de eletricidade, a janela que contém a célula deve manter a sua cor e transparência por pelo menos uma década. Além disso, as células solares, que seria mais provável ser inserida entre duas placas de vidro em um design de vidro duplo padrão, seria necessário eletrodos transparentes para transmitir a eletricidade. Snaith diz que esses provavelmente consistiriam de nanofios de metal ou óxido de estanho índio spin-revestido.
A nova célula solar é “uma tecnologia fantástica”, diz Yang Yang, chefe da divisão de materiais orgânicos e do grupo de dispositivos da Universidade da Califórnia, em Los Angeles. Yang, que também está pesquisando células solares transparentes para janelas, diz que ainda há desafios para a comercialização de perovskitas, tais como o uso de chumbo e sensibilidade das células à umidade. Mas ele acha que os materiais são promissores: “O rápido progresso da eficiência é sem precedentes na tecnologia de células solares.”