Pequenos pedaços de vidro contendo células fotovoltaicas com corante (Foto: Viktor Braga/UFC)
Nos estudos do LAFFER, priorizam-se corantes orgânicos, buscando um processo de produção menos agressivo ao meio ambiente (Foto: Viktor Braga/UFC)
Tecnologia

Como corantes melhoram a eficiência de células solares

Menos prejudiciais ao meio ambiente, células com materiais orgânicos estudadas na UFC podem ser alternativa de mercado

A utilização de energias alternativas e renováveis, menos prejudiciais ao meio ambiente, tem sido buscada no mundo todo. Exemplo disso é a energia solar, captada por meio de células solares fotovoltaicas. As células tradicionais, feitas de silício, porém, ainda são caras e de alto custo de produção, o que tem motivado estudos na Universidade Federal do Ceará para a melhoria de células alternativas criadas para reduzir esses custos, sem perda de eficiência.

A célula sensibilizada por corantes (DSSC ‒ do inglês dye sensitized solar cell), também chamada célula de Grätzel, tem menor custo de produção. Porém, sua eficiência ainda não atingiu a da célula de silício comercial (de primeira geração), daí a necessidade de melhorias. Por ser dividida em várias camadas, a DSSC oferece grande gama de possibilidades de testes, que podem envolver diferentes aspectos da célula.

São pesquisadas no Laboratório de Filmes Finos e Energias Renováveis (LAFFER) do Departamento de Engenharia Mecânica as chamadas células solares fotovoltaicas de terceira geração, criadas pelo químico suíço Michael Grätzel nos anos 1990. A proposta do laboratório é que essas células sejam produzidas com materiais de baixo custo, como corantes naturais que aumentam o espectro de absorção da luz solar, elevando assim sua eficiência.

Além dos corantes, podem ser modificados os seguintes componentes: as substâncias que formam o fotoanodo no qual incide a luz solar e onde os corantes são depositados; o eletrólito, que é uma solução que reduz quimicamente os corantes oxidados; e ainda o contraeletrodo, vidro condutor que mantém os elétrons circulando dentro da célula. “São várias estruturas que você pode trabalhar. A ideia é melhorar a absorção dos fótons que trabalham dentro do sistema”, diz a Profª Ana Fabíola Almeida, coordenadora do LAFFER.

Vidros com células fotovoltaicas sensibilizadas por corante, sobre um equipamento utilizado na pesquisa (Foto: Viktor Braga/UFC)
As células sensibilizadas por corante têm menor custo de produção. O desafio é torná-las tão eficientes quanto as células tradicionais, de silício (Foto: Viktor Braga/UFC)

Uma conquista importante e promissora do laboratório foi o desenvolvimento de um vidro com baixa resistência e alta transmitância. Assim, boa parte da luz solar incidente atravessa o vidro, podendo ser aproveitada pela célula para gerar energia.

Além disso, também houve melhora na absorção com o uso de corantes alternativos, tais quais os oriundos de produtos como o líquido da castanha-de- caju e de flores de cor intensa coletadas na região Nordeste do Brasil.

Para as células de Grätzel, os corantes são especialmente importantes. Isso se dá porque o vidro no topo da célula, para que absorva a luz solar, precisa ser revestido de óxido de titânio (um óxido condutor transparente, capaz de ser atravessado pela luz). Esse material, entretanto, só absorve a luz solar no espectro ultravioleta. Com o acréscimo do corante, passa a absorvê-la também em infravermelho.

“A intenção é usar materiais cada vez menos poluentes, reduzir o preço e aumentar a produtividade”

Mesmo com os avanços, a eficiência (14%) dessas células ainda é menor do que a das tradicionais, de silício (25%). As possibilidades de testes para melhorias, porém, fazem das células de Grätzel fortes candidatas a substitutas mais baratas no mercado.

“Trabalhamos para aumentar a eficiência. A célula de terceira geração é rica para pesquisa, com cada uma das estruturas podendo ser trabalhada. Só de corantes há uma diversidade grande”, aponta a Profª Ana Fabíola.

EVOLUÇÃO

Apesar da alta eficiência que possuem as células de silício, a tendência nos laboratórios e, consequentemente, no mercado é que elas sejam eventualmente substituídas por novas células. “Ela [célula de silício] passou por anos de pesquisa, mas chegou a um patamar que os pesquisadores não veem como melhorar. É uma pesquisa que está estagnada. A ideia é que a nova célula se torne competitiva”, visualiza a professora.

Outro ponto importante para as pesquisas com energia solar é a questão ambiental. A própria célula de Grätzel é originalmente feita com corante inorgânico e tóxico. Nos estudos do LAFFER, priorizam-se os corantes orgânicos, que podem garantir um processo de produção menos agressivo ao meio ambiente.

Profª Ana Fabíola Almeida, do Laboratório de Filmes Finos e Energias Renováveis (Foto: Viktor Braga/UFC)
A Profª Ana Fabíola Almeida diz que as células de terceira geração são ricas para pesquisa e tende a se tornar cada vez mais competitiva nos próximos anos (Foto: Viktor Braga/UFC)

O propósito é que sejam utilizados materiais que não gerem danos ambientais ao serem descartados com o fim da vida útil do painel solar. “As células têm uma vida útil de 20 a 25 anos, então precisam ser descartadas depois. Elas conseguem produzir energia limpa, mas durante o processo de produção ainda podem ter papel de poluidoras”, explica.

Para concorrerem no mercado, as células de terceira geração ainda requerem diversas melhorias, principalmente em eficiência. “A intenção é usar materiais cada vez menos poluentes, reduzir o preço e aumentar a produtividade, para diminuir a área necessária [dos módulos]. Se não houver eficiência significativa, precisa-se de áreas maiores e de mais células [para a formação do painel solar]”, diz.

Fonte: Profª Ana Fabíola Almeida, do Laboratório de Filmes Finos e Energias Renováveis (LAFFER) – e-mail: anfaleal@yahoo.com.br