Em busca de um novo modelo de célula solar, pesquisadores norte-americanos e alemães se inspiraram no sistema de conversão energética mais eficiente e antigo que existe: um simples gramado. Os cientistas desenvolveram nanopilares orgânicos cristalinos, estruturas invisíveis a olho nu que podem ser descritas como uma versão minúscula de laboratório das folhas de grama. O modelo tem mais eficiência no processo de transformar luz em eletricidade do que as células planas comuns e pode ser aplicado em breve em vários tipos de dispositivos de baixo custo.
As nanogramas, como são chamados os blocos de polímero criados pelos pesquisadores, são superfícies nanométricas cobertas por bilhões de estacas. Essas pequenas folhas artificiais são criadas a partir de cristais orgânicos empilhados como moedas. Esse conjunto também lembra a arquitetura interna dos cloroplastos, organelas que fazem fotossíntese nas plantas.
Empilhar compostos uns sobre os outros é, de acordo com os criadores da tecnologia, a melhor solução para o transporte de cargas. Nessa disposição, os elétrons viajam de forma mais rápida devido às interações entre moléculas do arranjo da pilha de materiais.
Grafeno
“Por mais de uma semana o estudante estava cultivando cristais verticais e, quando examinamos a superfície do substrato com um microscópio eletrônico de varredura, ficamos chocados ao ver os pequenos cristais de pé! Nós então otimizamos as condições e determinamos o mecanismo de cristalização”, conta Alejandro Briseno, pesquisador da universidade americana de Massachusetts Amherst e principal autor da pesquisa. O trabalho, publicado ontem na revista especializada Nano Letters, também teve a participação de cientistas da Universidade de Stanford (EUA) e da Universidade de Tecnologia de Dresden (Alemanha).
De acordo com o especialista, essa é uma das primeiras tentativas bem-sucedidas de cultivar cristais orgânicos como esses. “Por décadas, cientistas e engenheiros empenharam um grande esforço na tentativa de controlar a morfologia de interfaces combinadas em células solares orgânicas. Nós demonstramos aqui que nós finalmente desenvolvemos a arquitetura ideal composta de nanopilares de cristal orgânico”, anima-se Briseno.
Estável
O novo método não só apresenta uma solução mais eficiente para a transferência de energia como resolve alguns problemas de instabilidade desse tipo de tecnologia. Materiais híbridos com polímeros tendem a perder sua característica heterogênea ao longo do tempo, o que leva à perda de eficiência. Os dispositivos que usam materiais mistos também tendem a ser amorfos ou semicristalinos, o que representa uma desvantagem de rendimento na comparação com sistemas cristalinos.
De acordo com o pesquisador, o modelo deve ser adotado na fabricação não somente de células solares, mas também de baterias e de transistores verticais. “Esse trabalho é um grande avanço no campo das células orgânicas solares porque nós temos desenvolvido o que o meio considera ser o Santo Graal da arquitetura para colher luz e convertê-la em eletricidade”, descreve Alejandro Briseno.
A técnica, de acordo com o pesquisador da Universidade de Massachusetts Amherst, é simples e de baixo custo. O projeto de nanocristais ainda pode ser aplicado a vários materiais já usados comercialmente para conversão energética, tornando possível sua adoção em diversos tipos de dispositivos, que vão desde brinquedos a sensores e equipamentos descartáveis.