Uma camada ativa orgânica em forma de concha hemisférica para aplicação fotovoltaica, para melhorar a eficiência energética e a cobertura angular; (parte inferior esquerda) distribuição espacial das normas do campo elétrico. Crédito: D. Hah, doi 10.1117/1.JPE.14.018501
Novas pesquisas sugerem redesenhar células solares orgânicas com uma estrutura hemisférica para fornecer uma cobertura angular mais ampla, o que é particularmente benéfico para dispositivos que precisam de absorção de luz adaptável, como eletrônicos vestíveis.
A busca por soluções energéticas sustentáveis dá alta prioridade ao desenvolvimento de células solares mais eficientes. As células fotovoltaicas orgânicas tornaram-se uma escolha atraente em comparação com as células convencionais à base de silício, graças à sua flexibilidade e custos mais baixos. No entanto, melhorar o seu desempenho continua a ser um grande obstáculo.
Abraçando uma nova forma
Num movimento pioneiro, uma nova investigação da Universidade Abdullah Gül (Türkiye) reimagina a estrutura das células fotovoltaicas orgânicas, optando por uma forma de concha hemisférica para desbloquear um potencial sem precedentes na absorção de luz e cobertura angular. Conforme relatado no SPIE Jornal de Fotônica para Energia (JPE), esta configuração inovadora visa maximizar a absorção de luz e a cobertura angular, prometendo redefinir o panorama das tecnologias de energia renovável. O estudo apresenta análises computacionais avançadas e benchmarks comparativos para destacar as capacidades notáveis deste novo design.
No estudo, o professor Dooyoung Hah, da Universidade Abdullah Gül, investiga os espectros de absorção dentro da camada ativa em forma de concha hemisférica, fornecendo um exame detalhado de como a luz interage com a estrutura e os materiais da célula por meio de uma técnica computacional conhecida como elemento finito tridimensional. análise (FEA). A FEA pode ajudar a resolver problemas complexos de engenharia dividindo estruturas em partes menores e mais gerenciáveis chamadas elementos finitos, o que permite simulação e análise de todo o comportamento da estrutura sob diversas condições, como diferentes comprimentos de onda de luz e ângulos de incidência.
Os resultados da FEA relatados são notáveis. Quando submetida à luz polarizada elétrica transversal (TE), a estrutura do invólucro hemisférico exibiu um notável aumento de 66% na absorção de luz em comparação com dispositivos de estrutura plana. Da mesma forma, para a luz polarizada magnética transversal (TM), foi observada uma melhoria notável de 36 por cento.
Em contraste com os projetos de casca semicilíndrica relatados anteriormente, a estrutura hemisférica da casca emergiu como uma clara pioneira. Ostentou um aumento significativo de 13% na absorção de luz para polarização TE e uma melhoria impressionante de 21% para polarização TM.
Futuro radiante: Iluminando diversas aplicações
Além de suas excepcionais capacidades de absorção, a estrutura hemisférica do invólucro oferece cobertura angular expandida, abrangendo até 81 graus para polarização TE e 82 graus para polarização TM. Essa adaptabilidade é particularmente vantajosa para aplicações que exigem captura flexível de luz, como eletrônicos vestíveis.
Hah observa: “Com as características aprimoradas de absorção e omnidirecionalidade, as camadas ativas propostas em forma de concha hemisférica serão consideradas benéficas em diversas áreas de aplicação de células solares orgânicas, como dispositivos biomédicos, bem como aplicações como janelas de geração de energia e estufas, internet das coisas e assim por diante.”
O formato hemisférico da concha marca um avanço significativo no design de células solares orgânicas. Ao aproveitar o poder da análise de elementos finitos e da engenharia estrutural inovadora, a investigação relatada ajuda a iluminar o caminho para um futuro mais brilhante e sustentável, alimentado por energias renováveis.
Referência: “Células fotovoltaicas orgânicas em forma de concha hemisférica para aumento de absorção e melhor cobertura angular” por Dooyoung Hah, 14 de fevereiro de 2024, Jornal de Fotônica para Energia.
DOI: 10.1117/1.JPE.14.018501
