De acordo com pt.wedoany.com-Imagine o seguinte cenário: um carro estacionado ao sol, com os vidros e o teto solar carregando a bateria; ou os seus óculos inteligentes, cujas lentes coletam luz e alimentam diretamente os componentes eletrónicos na armação.

Com o desenvolvimento de uma nova célula solar ultrafina e transparente por cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Singapura (NTU Singapore), essas visões de ficção científica estão um passo mais perto da realidade.

A equipa de investigação, liderada pela Professora Associada Annalisa Bruno, desenvolveu uma célula solar de perovskita ultrafina e transparente. A sua espessura é equivalente a um décimo de milésimo de um fio de cabelo humano, sendo cinquenta vezes mais fina do que as células de perovskita tradicionais.

Mais notável ainda é que, apesar da redução drástica na espessura, a eficiência de conversão fotoelétrica desta bateria atingiu um novo recorde para células solares ultrafinas de perovskita do mesmo tipo até à data.

Os resultados foram publicados na revista ACS Energy Letters. Os investigadores acreditam que, no futuro, esta tecnologia poderá ser amplamente aplicada em edifícios, automóveis e dispositivos vestíveis, quase sem alterar a sua aparência original.

Esta bateria apresenta um tom semi-transparente e neutro, permitindo que seja incorporada em janelas ou fachadas de edifícios, dotando todo o edifício de capacidade de geração de eletricidade com uma aparência praticamente inalterada.

"Cerca de 40% do consumo global de energia provém do setor da construção. Por isso, a procura por tecnologias que possam transformar as fachadas dos edifícios em geradores de eletricidade está a tornar-se cada vez mais urgente", afirmou a Professora Associada Bruno, da Escola de Ciências Físicas e Matemáticas e da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da NTU.

A Professora Bruno, que também é Diretora do Cluster de Energias Renováveis, Soluções de Baixo Carbono e Armazenamento de Energia do Instituto de Energia da NTU, acrescentou: "As nossas células de perovskita têm vantagens claras: o processo de fabrico é simples e pode ser realizado a baixas temperaturas. Além disso, podem ser ajustadas para absorver comprimentos de onda específicos de luz, mantendo a transparência. Também possuem potencial para produção em larga escala, reduzindo assim as emissões globais de carbono."

Ao contrário dos painéis solares tradicionais de silício, estas células de perovskita continuam a gerar eletricidade mesmo sob luz solar indireta e difusa. Esta característica é particularmente adequada para ambientes urbanos densos como Singapura, onde predominam edifícios altos com fachadas de vidro verticais, combinados com cobertura de nuvens frequente, dificultando o aproveitamento máximo da luz solar pelos painéis solares tradicionais.

A equipa de investigação exemplificou que, se a tecnologia for aplicada em larga escala no futuro, as grandes fachadas de vidro deixarão de ser apenas invólucros de edifícios, podendo tornar-se centrais elétricas urbanas.

De acordo com estimativas preliminares, se a tecnologia for aplicada em edifícios de escritórios com fachadas de vidro em áreas como Raffles Place ou Marina Bay, a geração anual teórica de eletricidade poderia atingir centenas de milhares de quilowatts-hora.

A quantidade exata de eletricidade gerada depende da área de vidro e da orientação do edifício, mas a sua capacidade anual de geração seria suficiente para satisfazer as necessidades anuais de eletricidade de cerca de 100 habitações padrão de quatro assoalhadas da Housing & Development Board de Singapura.

Fabrico de células solares quase invisíveis

As células solares de perovskita são, na verdade, compostas por múltiplas camadas, sendo a camada semicondutora que absorve a luz solar e a converte em eletricidade o seu núcleo.

Para fabricar esta bateria ultrafina, a equipa da NTU utilizou um método de preparação compatível com a indústria: o processo de evaporação térmica. Simplificando, a matéria-prima é aquecida numa câmara de vácuo até evaporar, condensando-se e depositando-se na superfície do substrato, formando uma película extremamente fina.

A vantagem deste método é que permite depositar uma camada de perovskita uniforme e fina em grandes áreas. Além disso, todo o processo não requer solventes tóxicos, reduzindo simultaneamente os defeitos internos da bateria e aumentando a eficiência da conversão fotoelétrica.

Ao ajustar com precisão os parâmetros do processo, os investigadores conseguiram controlar a espessura da camada de perovskita e fabricar dispositivos de bateria opacos ou semi-transparentes.

A equipa afirma que esta é a primeira vez a nível mundial que uma célula solar ultrafina de perovskita é fabricada inteiramente por um processo de vácuo. Isto significa que a tecnologia deu um grande passo em direção à produção industrial em larga escala no futuro.

Com esta tecnologia, os investigadores conseguiram reduzir a camada absorvente de perovskita para apenas 10 nanómetros de espessura, mantendo simultaneamente um desempenho de geração de eletricidade considerável.

Quando a espessura da camada de perovskita era de 10 nm, 30 nm e 60 nm, as eficiências de conversão fotoelétrica das baterias opacas atingiram cerca de 7%, 11% e 12%, respetivamente.

Uma bateria semi-transparente com 60 nm de espessura, permitindo a passagem de cerca de 41% da luz visível, ainda assim alcançou uma eficiência de geração de 7,6%.

A equipa de investigação afirma que este desempenho já se encontra entre os melhores do seu tipo para células solares semi-transparentes de perovskita.

Isto significa que, no futuro, as janelas dos edifícios poderão manter a iluminação natural e a sensação de transparência, enquanto geram eletricidade simultaneamente. Isto é de grande importância para janelas solares, fachadas de vidro ou fachadas de edifícios coloridas.

O Dr. Luke White, primeiro autor do artigo e antigo estudante de doutoramento no Instituto de Energia da NTU, afirmou: "Ao controlar com precisão o processo de evaporação térmica, os investigadores já conseguem ajustar livremente a transparência das células solares. Isto abre novas possibilidades para a construção verde, como a instalação de janelas coloridas que podem sombrear e gerar eletricidade ao mesmo tempo."

O Professor Sam Stranks, especialista em materiais energéticos e optoeletrónica do Departamento de Engenharia Química e Biotecnologia da Universidade de Cambridge, comentou como perito externo: "Este método controla muito bem a espessura e a uniformidade da película, o que é precisamente um pré-requisito fundamental para a futura comercialização em larga escala de células solares semi-transparentes."

"As células solares semi-transparentes de perovskita representam uma via tecnológica empolgante, permitindo-nos recolher energia de locais onde os painéis de silício tradicionais têm dificuldade em atuar, como janelas, fachadas e até dispositivos eletrónicos leves."

"Os resultados atuais alcançam um bom equilíbrio entre transparência e geração de eletricidade. No entanto, o que realmente determinará a viabilidade da tecnologia será o seu desempenho em termos de estabilidade a longo prazo, durabilidade e aplicação em grandes áreas."

Fornecimento contínuo de energia para as cidades

A Professora Bruno tem trabalhado há muito tempo na área de células solares de perovskita, e as suas investigações anteriores sobre células de perovskita por evaporação térmica já começaram a caminhar para a industrialização. Isto não só impulsionou o desenvolvimento de toda a indústria, como também abriu caminho para a implementação industrial no futuro.

Estas suas inovações também receberam forte apoio do Programa de Inovação e Empreendedorismo da NTU. Este programa visa ajudar as equipas de investigação a acelerar a transição de tecnologias de ponta do laboratório para a industrialização.

Atualmente, a equipa já submeteu um pedido de patente para esta nova estrutura de película ultrafina de perovskita através da NTUitive, a empresa de transferência de tecnologia da universidade.

Agora, os investigadores estão a contactar empresas para verificar e padronizar o processo de evaporação térmica utilizado neste estudo. Antes de ser oficialmente lançado no mercado, continuarão a melhorar a estabilidade a longo prazo, a durabilidade e o desempenho da bateria na produção em larga escala.

À medida que as cidades se tornam mais densas e a procura por eletricidade aumenta, os edifícios estão a ser redefinidos: deixam de ser apenas consumidores de energia para se tornarem potenciais produtores de energia limpa.

Atualmente, os painéis solares nos telhados já são relativamente comuns, mas as superfícies verticais dos edifícios, como janelas e fachadas de vidro inteiras, continuam a ser um vasto oceano azul inexplorado.

Este avanço representa um passo crucial para a integração de células solares transparentes em edifícios, automóveis e dispositivos vestíveis. Isto significa que, no futuro, as cidades poderão produzir mais eletricidade limpa por si próprias, sem ocupar terrenos adicionais.

Este texto foi elaborado por Wedoany. Qualquer citação por IA deve indicar a fonte “Wedoany”. Em caso de infração ou outros problemas, informe-nos prontamente, por favor. O conteúdo será corrigido ou removido. E-mail: news@wedoany.com