Notícia

Célula solar com espessura de folha de papel pode transformar qualquer superfície em uma fonte de energia

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

segunda-feira, 12 dezembro 2022 06:25

Áreas

Energia. Engenharia Ambiental. Inovação. Materiais. Nanotecnologia. Sustentabilidade. Tecnologias.

Engenheiros do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, desenvolveram células solares de tecido ultraleve que podem transformar rápida e facilmente qualquer superfície em uma fonte de energia.

Essas células solares duráveis e flexíveis, que são muito mais finas que um fio de cabelo humano, são coladas a um tecido resistente e leve, tornando-as fáceis de instalar em uma superfície fixa. Elas podem fornecer energia em movimento como um tecido de energia vestível ou ser transportadas e implantadas rapidamente em locais remotos para assistência em emergências. Elas têm um centésimo do peso dos painéis solares convencionais, geram 18 vezes mais energia por quilo e são feitas de tintas semicondutoras usando processos de impressão que podem ser dimensionados no futuro para fabricação em grandes áreas.

Por serem tão finas e leves, essas células solares podem ser laminadas em muitas superfícies diferentes. Por exemplo, elas podem ser integradas às velas de um barco para fornecer energia no mar, aderidas a tendas e lonas que são implantadas em operações de recuperação de desastres ou aplicadas nas asas de drones para estender seu alcance de voo. Esta tecnologia solar leve pode ser facilmente integrada em ambientes construídos com necessidades mínimas de instalação.

“As métricas usadas para avaliar uma nova tecnologia de célula solar são normalmente limitadas à sua eficiência de conversão de energia e seu custo por watt. Igualmente importante é a integrabilidade — a facilidade com que a nova tecnologia pode ser adaptada. Os tecidos solares leves permitem a integrabilidade, o que é um ponto forte do trabalho atual. Nós nos esforçamos para acelerar a adoção da energia solar, dada a atual necessidade urgente de implantar novas fontes de energia livres de carbono”, disse o Dr. Vladimir Bulović, especialista em tecnologias emergentes, líder do Laboratório de Eletrônica Orgânica e Nanoestruturada (ONE Lab) do MIT, diretor do MIT.nano e autor sênior do novo artigo que descreve o trabalho.

Compartilham a autoria do trabalho com o Dr. Bulović os coautores principais Mayuran Saravanapavanantham, doutorando em Engenharia Elétrica e ciência da computação no MIT, e o Dr. Jeremiah Mwaura, pesquisador do Laboratório de Pesquisa Eletrônica do MIT. A pesquisa foi publicada na revista científica Small Methods.

Células finas e resistentes

As células solares de silício tradicionais são frágeis, por isso devem ser envoltas em vidro e embaladas em uma estrutura de alumínio pesada e espessa, o que limita onde e como podem ser implantadas.

Seis anos atrás, a equipe do ONE Lab produziu células solares usando uma classe emergente de materiais de película fina que eram tão leves que podiam ficar em cima de uma bolha de sabão. Mas essas células solares ultrafinas foram fabricadas usando processos complexos baseados em vácuo, que podem ser caros e difíceis de produzir em escala.

Neste trabalho, os pesquisadores desenvolveram células solares de película fina que são totalmente imprimíveis, usando materiais à base de tinta e técnicas de fabricação escaláveis.

Para produzir as células solares, eles usam nanomateriais na forma de tintas eletrônicas imprimíveis. Trabalhando na sala limpa do MIT.nano, eles revestiram a estrutura da célula solar usando um revestidor de matriz de fenda, que deposita camadas de materiais eletrônicos em um substrato liberável preparado com apenas 3 mícrons de espessura. Usando a serigrafia (técnica semelhante à forma como os desenhos são adicionados às camisetas serigrafadas), um eletrodo é depositado na estrutura para completar o módulo solar.

Os pesquisadores podem então retirar o módulo impresso, que tem cerca de 15 mícrons de espessura, do substrato plástico, formando um dispositivo solar ultraleve.

Mas esses módulos solares finos e autônomos são difíceis de manusear e podem rasgar facilmente, o que os tornaria difíceis de implantar. Para resolver esse desafio, a equipe do MIT procurou um substrato leve, flexível e de alta resistência ao qual pudessem aderir as células solares. Eles identificaram os tecidos como a solução ideal, pois fornecem resiliência mecânica e flexibilidade com pouco peso adicional.

Eles encontraram um material ideal – um tecido composto que pesa apenas 13 gramas por metro quadrado, conhecido comercialmente como Dyneema. Este tecido é feito de fibras tão fortes que foram usadas como cordas para levantar o navio de cruzeiro Costa Concordia do fundo do mar Mediterrâneo. Ao adicionar uma camada de cola curável por UV, com apenas alguns mícrons de espessura, eles aderem os módulos solares ao tecido. Isso forma uma estrutura solar ultraleve e mecanicamente robusta.

“Embora possa parecer mais simples apenas imprimir as células solares diretamente no tecido, isso limitaria a seleção de possíveis tecidos ou outras superfícies receptoras àquelas que são quimicamente e termicamente compatíveis com todas as etapas de processamento necessárias para fabricar os dispositivos. Nossa abordagem separa a fabricação de células solares de sua integração final”, explicou Mayuran Saravanapavanantham.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

Fonte: Adam Zewe, MIT News Office. Imagem: Pesquisadores do MIT desenvolveram uma técnica de fabricação escalável para produzir células solares ultrafinas e leves que podem ser coladas em qualquer superfície. Fonte: Melanie Gonick, MIT.