As células solares da próxima geração que imitam a fotossíntese com material biológico podem dar um novo significado ao termo “tecnologia verde”.
A adição da proteína bacteriorodopsina (bR) às células solares de perovskita aumentou a eficiência dos dispositivos em uma série de testes de laboratório, de acordo com uma equipe internacional de pesquisadores.
“Essas descobertas abrem as portas para o desenvolvimento de uma tecnologia de célula solar bioperovskita mais barata e mais ecológica”, disse Shashank Priya, vice-presidente associado de pesquisa e professor de Ciência dos Materiais da Penn State. “No futuro, podemos substituir essencialmente alguns produtos químicos caros dentro das células solares por materiais naturais relativamente mais baratos”.
As células solares de perovskita, nomeadas por suas estruturas cristalinas únicas que se destacam por absorver a luz visível, são uma área de intensa pesquisa porque oferecem uma alternativa mais eficiente e menos dispendiosa à tecnologia solar tradicional à base de silício.
Os 3 tipos de tinta solar no horizonte da energia fotovoltaica
As células solares perovskitas mais eficientes podem converter 22 a 23% da luz solar em eletricidade. Os pesquisadores descobriram que a adição da proteína bR às células solares de perovskita melhorou a eficiência dos dispositivos de 14,5% para 17%. Eles relataram suas descobertas na revista ACS Applied Materials and Interfaces da American Chemical Society.
A pesquisa representa a primeira vez que os cientistas demonstram que os materiais biológicos adicionados às células solares de perovskita podem fornecer uma alta eficiência energética. Pesquisas futuras podem resultar em materiais bioperovskitas ainda mais eficientes, disseram os pesquisadores.
“Estudos anteriores alcançaram 8% ou 9% de eficiência ao misturar certas proteínas nas estruturas das células solares”, disse Priya, co-autor do estudo. “Mas nada chegou perto de 17%. Essas descobertas são muito significativas”.
As matrizes solares comerciais consistem em centenas ou milhares de células solares individuais, portanto, mesmo pequenas melhorias na eficiência podem levar a economias reais, de acordo com os pesquisadores.
Imitando a natureza
Com base na natureza, os pesquisadores procuraram melhorar ainda mais o desempenho das células solares de perovskita por meio da “transferência de energia de ressonância por fluorescência” (FRET), um mecanismo de transferência de energia entre um par de moléculas fotossensíveis.
“O mecanismo FRET existe há muito tempo”, disse Renugopalakrishnan Venkatesan, professor da Northeastern University e Hospital Infantil de Boston, Universidade de Harvard, e co-autor principal do estudo. “Parece ser a base da fotossíntese e pode ser encontrada em tecnologias como a transferência de energia sem fio e até no mundo animal como um mecanismo de comunicação. Estamos usando esse mecanismo para tentar criar um mundo de sistemas de inspiração biológica, que têm o potencial de superar moléculas inorgânicas ou orgânicas.”
As proteínas bR e os materiais de perovskita têm propriedades elétricas semelhantes, ou banda larga. Ao alinhar essas lacunas, os cientistas levantaram a hipótese de que poderiam obter um melhor desempenho em células solares de perovskita por meio do mecanismo FRET.
Energia azul: cientistas transformam “água suja” em energia renovável barata
“As células solares funcionam absorvendo energia da luz ou moléculas de fótons e criando pares de elétrons”, disse Subhabrata Das, que participou da pesquisa enquanto era estudante de doutorado na Universidade de Columbia. “Ao enviar elétrons e buracos em direções opostas, as células solares geram uma corrente elétrica que se transforma em eletricidade”.
No entanto, uma certa porcentagem de pares de elétrons se recombinam, reduzindo a quantidade de corrente produzida. A mistura da proteína bR em células solares de perovskita ajudou os pares elétron a se moverem melhor através dos dispositivos, reduzindo as perdas por recombinação e aumentando a eficiência, disseram os cientistas.
As descobertas podem ter consequências maiores, levando ao design de outros dispositivos híbridos nos quais os materiais artificiais e biológicos trabalham juntos, de acordo com os pesquisadores.
+++
