Para atender às crescentes necessidades energéticas relativas à energia solar renovável, limpa e sustentável, as células solares orgânicas (OSCs) têm atraído considerável atenção científica.
Isso se deve às suas vantagens distintas no desenvolvimento de dispositivos flexíveis e portáteis, incluindo acessibilidade, design leve e viabilidade de fabricação imprimível em larga escala.
A pesquisa nesse sentido levou agora ao desenvolvimento de células solares orgânicas confiáveis que utilizam materiais de madeira.
Um esforço colaborativo de uma equipe de cientistas da Universidade de Linköping e do Royal Institute of Technology (KTH) demonstrou o potencial da utilização de lignina kraft não tratada derivada de polpa de madeira para melhorar a sustentabilidade e a confiabilidade ambiental das células solares.
Os detalhes do estudo da equipe foram publicados na revista Advanced Materials.
Solução sustentável
Os pesquisadores utilizaram um dos materiais orgânicos mais prevalentes encontrados na natureza, a lignina, que prova ser um meio viável de desenvolver células solares orgânicas que sejam estáveis e ecologicamente corretas.
Atualmente, a luz solar se destaca como fonte primária de energia sustentável. Embora as células solares tradicionais à base de silício sejam eficazes, o seu fabrico envolve um processo complexo e que consome muita energia, o que representa o risco de derrames químicos potencialmente perigosos, segundo os investigadores.
Imagem de: Thor Balkhed,
As células solares orgânicas são um campo de pesquisa em ascensão devido à sua relação custo-benefício, leveza, flexibilidade e aplicações versáteis, incluindo uso interno ou integração em roupas para alimentar dispositivos eletrônicos pessoais. No entanto, o quociente de sustentabilidade de tais métodos era questionável, uma vez que as células solares orgânicas são feitas de plástico ou polímeros derivados do petróleo, o que as torna orgânicas, mas não amigas do ambiente.
“Queremos construir células solares eficientes, confiáveis, baratas e ecologicamente corretas. Este estudo nos permite mostrar que isso é possível e é um primeiro passo para substituir os atuais materiais à base de petróleo por alternativas à base de madeira”, disse Mats Fahlman, professor no Laboratório de Eletrônica Orgânica (LOE) da Universidade de Linköping, em comunicado.
Lignina Kraft
Como solução, os cientistas desenvolveram uma célula solar orgânica na qual uma seção da camada de transporte de elétrons, ligada ao cátodo, é fabricada a partir de lignina kraft extraída diretamente da polpa de madeira. Embora a lignina constitua atualmente uma porção menor da célula solar, o objetivo final é desenvolver uma célula solar predominantemente composta por materiais derivados de madeira, segundo a equipe.
Pesquisas anteriores empregaram materiais à base de madeira quimicamente modificados para aumentar a confiabilidade e estabilidade de células solares orgânicas e de perovskita. Num estudo recente, os pesquisadores de Linköping utilizaram lignina kraft inalterada extraída diretamente da madeira durante a fabricação de papel. Colaborando com o KTH, eles examinaram a composição molecular ideal da lignina para esse fim.
“Criamos um material, ou compósito, a partir da lignina kraft que constituirá a camada de interface do cátodo. Descobrimos que isso tornou a célula solar mais estável. A vantagem da lignina kraft é que ela pode criar muitas ligações de hidrogênio, o que ajuda para estabilizar a célula solar”, disse Qilun Zhang, principal engenheiro de pesquisa da LOE, em comunicado.
Os pesquisadores dizem que a construção dessas células a partir de materiais de madeira aumenta seu respeito ao meio ambiente. Embora as células solares orgânicas possam não atingir a eficiência máxima, a sua natureza não tóxica, sustentável e económica, juntamente com uma gama de eficiência de 15% a 20%, revela-se ampla para diversas aplicações.
Fonte: Interesting Engineering.