Conceito de arte avançada em células solares

Os pesquisadores criaram um filme fotovoltaico orgânico flexível e à prova d’água que pode ser integrado às roupas e permanecer funcional após a exposição à água e ao estresse mecânico, abrindo caminho para dispositivos avançados movidos a energia solar.

Pesquisadores do RIKEN Center for Emergent Matter Science e seus parceiros criaram um filme fotovoltaico orgânico flexível e à prova d’água. Esta película inovadora permite que as células solares sejam integradas nas roupas, mantendo a funcionalidade mesmo após exposição à chuva ou ciclos de lavagem.

Um dos usos potenciais da energia fotovoltaica orgânica é criar dispositivos eletrônicos vestíveis – dispositivos que podem ser acoplados a roupas e que podem monitorar dispositivos médicos, por exemplo, sem a necessidade de troca de bateria. Porém, os pesquisadores têm achado difícil conseguir a impermeabilização sem o uso de camadas extras que acabam diminuindo a flexibilidade do filme.

Avanço na tecnologia fotovoltaica

Agora, em trabalho publicado em Comunicações da Natureza, um grupo de cientistas conseguiu fazer exatamente isso. Eles assumiram o desafio de superar uma limitação importante dos dispositivos anteriores, que é a dificuldade de torná-los à prova d’água sem reduzir a flexibilidade. Os filmes fotovoltaicos são normalmente feitos de várias camadas. Existe um posterior ativo, que captura energia de um determinado comprimento de onda da luz solar e usa essa energia para separar elétrons e “buracos de elétrons” em cátodo e ânodo. Os elétrons e lacunas podem então se reconectar através de um circuito, gerando eletricidade. Em dispositivos anteriores, a camada que transportava os buracos de elétrons era geralmente criada sequencialmente por camadas.

Para o trabalho atual, porém, os pesquisadores depositaram a camada anódica, no caso, um eletrodo de prata, diretamente sobre as camadas ativas, criando melhor adesão entre as camadas. Eles usaram um processo de recozimento térmico, expondo o filme ao ar a 85 graus Celsius por 24 horas. De acordo com Sixing Xiong, o primeiro autor do artigo, “Foi um desafio formar a camada, mas ficamos felizes por ter conseguido e, no final, conseguimos criar um filme com apenas 3 micrômetros de espessura, e procuramos ansioso para ver os resultados dos testes.”

O que o grupo viu nos testes foi muito encorajador. Primeiro, mergulharam o filme completamente em água durante quatro horas e descobriram que ele ainda tinha 89% do seu desempenho inicial. Eles então submeteram um filme a um estiramento de 30%, 300 vezes debaixo d’água, e descobriram que, mesmo com essa punição, ele manteve 96% de seu desempenho. Como teste final, eles passaram por um ciclo de máquina de lavar e ele sobreviveu à provação, algo que nunca havia sido alcançado antes.

De acordo com Kenjiro Fukuda, um dos autores correspondentes do artigo, “O que criamos é um método que pode ser usado de forma mais geral. Olhando para o futuro, ao melhorar a estabilidade de dispositivos em outras áreas, como exposição ao ar, luz forte e estresse mecânico, planejamos desenvolver ainda mais nossas células solares orgânicas ultrafinas para que possam ser usadas em dispositivos vestíveis realmente práticos. ”

Referência: “Fotovoltaica orgânica impermeável e ultraflexível com adesão de interface aprimorada” por Sixing Xiong, Kenjiro Fukuda, Kyohei Nakano, Shinyoung Lee, Yutaro Sumi, Masahito Takakuwa, Daishi Inoue, Daisuke Hashizume, Baocai Du, Tomoyuki Yokota, Yinhua Zhou, Keisuke Tajima e Takao Someya, 32 de janeiro de 2024, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-024-44878-z

Além do RKEN CEMS, os membros do grupo de pesquisa eram da Universidade de Tóquio e da Universidade Huazhong de Ciência e Tecnologia, na China.



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