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Na última década, as tecnologias solar e fotovoltaica (PV) desenvolveram-se grandemente, afirmando-se como muito promissoras nos processos de produção de energia. Contudo, a tecnologia PV tem sido dominada por dispositivos em que a junção é composta por materiais inorgânicos em estado sólido, geralmente de silício, beneficiando da experiência da indústria de semicondutores. No entanto, essas tecnologias são ainda muito caras o que potencia a diversificação de tecnologias nesta área a fim de contribuir para um setor PV forte, capaz de responder a diferentes necessidades com custos competitivos. Células solares sensibilizadas por corante (DSC), também conhecidas como células de Grätzel, são um tipo importante de sistemas PV de filme fino que apresentam um potencial de baixo custo de produção e com aplicações versáteis. As DSCs preparadas em laboratório possuem já uma eficiência de mais de 11% em dispositivos de pequena área. Além da sua produção de baixo custo, as DSCs são capazes de iniciar a produção de eletricidade mais cedo no dia e terminar mais tarde e são capazes de converter não só luz direta mas também luz difusa. Assim, as DSCs quando montadas em painéis são capazes de absorver a radiação solar incidente não-perpendicular sem a necessidade de sistemas complexos de orientação. Esta característica permite diversificar a sua aplicação, por exemplo em telhados ou fachadas. Além disso, podem incluir-se DSCs como elementos arquitetónicos devido à sua transparência e diferentes possibilidades de cor, por exemplo, em janelas.
Apesar do seu grande potencial, as DSCs ainda não são comercializadas. Segundo o Prof. Grätzel (dezembro de 2010) a selagem eficaz destas células é a sua principal limitação, bem como a grande diferença de eficiências entre DSCs produzidas em laboratório, com área inferior a 1cm2, e as células com áreas maiores. A equipa de investigação resolveu com sucesso o primeiro problema, selando as DSCs por um processo de fusão de pasta de vidro com  |
Resumo
Na última década, as tecnologias solar e fotovoltaica (PV) desenvolveram-se grandemente, afirmando-se como muito promissoras nos processos de produção de energia. Contudo, a tecnologia PV tem sido dominada por dispositivos em que a junção é composta por materiais inorgânicos em estado sólido, geralmente de silício, beneficiando da experiência da indústria de semicondutores. No entanto, essas tecnologias são ainda muito caras o que potencia a diversificação de tecnologias nesta área a fim de contribuir para um setor PV forte, capaz de responder a diferentes necessidades com custos competitivos. Células solares sensibilizadas por corante (DSC), também conhecidas como células de Grätzel, são um tipo importante de sistemas PV de filme fino que apresentam um potencial de baixo custo de produção e com aplicações versáteis. As DSCs preparadas em laboratório possuem já uma eficiência de mais de 11% em dispositivos de pequena área. Além da sua produção de baixo custo, as DSCs são capazes de iniciar a produção de eletricidade mais cedo no dia e terminar mais tarde e são capazes de converter não só luz direta mas também luz difusa. Assim, as DSCs quando montadas em painéis são capazes de absorver a radiação solar incidente não-perpendicular sem a necessidade de sistemas complexos de orientação. Esta característica permite diversificar a sua aplicação, por exemplo em telhados ou fachadas. Além disso, podem incluir-se DSCs como elementos arquitetónicos devido à sua transparência e diferentes possibilidades de cor, por exemplo, em janelas.
Apesar do seu grande potencial, as DSCs ainda não são comercializadas. Segundo o Prof. Grätzel (dezembro de 2010) a selagem eficaz destas células é a sua principal limitação, bem como a grande diferença de eficiências entre DSCs produzidas em laboratório, com área inferior a 1cm2, e as células com áreas maiores. A equipa de investigação resolveu com sucesso o primeiro problema, selando as DSCs por um processo de fusão de pasta de vidro com laser, o que resultou numa patente PCT e na aplicação de uma segunda. Assim, um dos principais objetivos do presente projeto é abordar a segunda limitação.
As eficiências obtidas em laboratório podem ser reproduzidas em células maiores se a resistência do TCO à recolha elétrica for desprezável. Isto pode ser feito e foi demonstrado pela primeira vez por esta equipa de investigação, resultando recentemente num pedido de patente. A ideia subjacente, consiste na introdução de uma rede de linhas altamente condutoras, por exemplo cobre, sobre o substrato de vidro sem TCO, seguida de proteção das mesmas por uma camada convencional de TCO. Espera-se uma redução na eficiência de não mais de 5% quando passamos de células de 1cm2 de área ativa para células com dezenas de cm2.
Há dois outros aspetos que limitam a eficiência das DSCs e que deverão ser também abordados. O primeiro diz respeito ao elevado custo do CE de Pt e o outro está relacionado com os corantes de ruténio. Esta equipa de investigação desenvolveu muito recentemente um CE de grafeno com 98% da atividade catalítica presentemente obtida pela Pt e 93% de transparência, sendo este resultado o melhor já reportado até então. A experiência desta equipa em síntese de nanoestruturas de carbono resultou no segundo grande objetivo deste projeto, que é o uso de quantum-dots de carbono (QD-C) para uma absorção de luz mais eficiente. Esta é uma nova abordagem com vista a tornar a tecnologia DSC o mais barata possível sem prejudicar o ambiente.
Finalmente, a investigadora responsável desenvolveu um modelo fenomenológico dinâmico para DSCs, possibilitando relacioná-lo com a técnica de espectroscopia de impedância. Este modelo interessou ao Prof Grätzel que a desafiou a encontrar um parâmetro de caracterização capaz de relacionar a eficiência global da célula de forma independente da cinética de recombinação dos eletrões. Tal pode ser desenvolvido com base em modelos dinâmicos e será feito no âmbito deste projeto. |