INTRODUÇÃO
O mercado de energia solar cresceu exponencialmente nos últimos anos. A demanda por energia renovável é alta e a cada ano que passa, novas tecnologias de módulos fotovoltaicos são lançados. Há 5 anos, tínhamos no Brasil módulos fotovoltaicos de silício policristalino com potências entre 50 e 250 Wp. Hoje, temos módulos que passam de 600 Wp.
As tecnologias também evoluem, e os pesquisadores colaboram para conseguir novos tipos de células que tenham alta eficiência. É bem possível que daqui a 4 anos, tenhamos módulos com potências maiores de 1 kWp, ou ainda, tecnologias capazes de produzir mais energia do que os módulos convencionais de hoje em dia.
TECNOLOGIAS EMERGENTES DE CÉLULAS FOTOVOLTAICAS
Você que já atua na área de energia solar, deve conhecer bem os módulos fotovoltaicos com células de silício, sejam elas poli ou monocristalinas. Hoje, no mercado, o mais usual de se ver são as células monocristalinas.
São diversos os tipos de tecnologias de células fotovoltaicas capazes de gerar energia elétrica, dentre elas: orgânica, sensibilizada por corante, Perovskita, perc, bifacial, coloridas (filmes finos e cristalina), pontos quânticos, transparentes, entre outras.
ORGÂNICA
Comparados com os módulos fotovoltaicos já conhecidos em grande escala no mercado, (silício poli e monocristalino), as células fotovoltaicas orgânicas precisam de 20 vezes menos energia, que apresentam em primeiro momento proporcionar diminuição do impacto ambiental da produção de energia solar. O que realmente acontece para que estas pequenas células impressas consigam energia é o seguinte: polímeros orgânicos condutores ou pequenas moléculas orgânicas absorvem a luz solar e transportam a carga energética para o conversor, que transforma a energia térmica em elétrica.
A célula fotovoltaica orgânica mais simples é formada por uma estrutura em camadas composta por um eletrodo transparente (para absorver a luz incidente no dispositivo), uma camada fotossensível (polímero conjugado ou molécula conjugada colocada entre os eletrodos), chamada de camada ativa, e um eletrodo metálico. As camadas externas são formadas por dois eletrodos condutores, com diferentes valores de função trabalho. Nos laboratórios de pesquisa, muitas vezes utilizam-se como substrato lâminas de vidro recobertas com um filme fino de FTO (óxido de estanho dopado com flúor) ou ITO (óxido de índio dopado com estanho) entre outros materiais condutores, os quais são utilizados como parte do eletrodo transparente. Sobre a lâmina é depositada uma fina camada de PEDOT:PSS por centrifugação. O PEDOT:PSS é um material transparente, condutor e solúvel em água cuja associação com o eletrodo reduz a barreira de energia entre o ânodo e a camada ativa aumentando a injeção dos portadores positivos no interior da camada ativa. (JUNIOR;RAMONI;MENEZES, 2020)
A figura 1 mostra uma representação de um dispositivo em estrutura monocamada. Entre seus eletrodos há apenas uma camada formada por um polímero conjugado. Sua eficiência era reduzida devido aos processos de recombinação que reduziam a dissociação dos éxcitons e a fotocorrente gerada.
Figura 1 - Representação esquemática da estrutura monocamada
Fonte: (JUNIOR;RAMONI;MENEZES, 2020)
Na figura 2 a heterojunção de volume, também forma uma única camada entre os eletrodos. Entretanto esta camada é formada por uma mescla de materiais doadores e aceitadores, gerando assim mais regiões de dissociação do éxciton, aumentando a fotocorrente gerada.
Figura 2 - Representação esquemática da estrutura de heterojunção de volume
Fonte: (JUNIOR;RAMONI;MENEZES, 2020)
Esse tipo de módulo/célula fotovoltaica não é muito visto ainda, pelo menos, no Brasil. Apesar da facilidade de instalação, ela ainda possui alto custo e baixa eficiência quando comparados com os módulos mais usuais (silício poli e monocristalinos). A Sunew, empresa nesse tipo de mercado aqui no Brasil, já possui alguns projetos instalados em alguns locais. De fato, é um sistema que deixa a estrutura ou edifício bonito, sem alterar sua estrutura ou esconder detalhes, visto que sua instalação é adaptável. Parece promissor justamente para empresas que querem gerar energia, de uma maneira limpa e sustentável, mas não alterando o arquitetônico do edifício.
De acordo com a Sunew, a cada metro quadrado do OPV evita a emissão de 120 Kg de CO2 por ano.
A vantagem desse tipo de célula, apesar de mais caras, é a flexibilização delas. Podem ser utilizadas em estruturas horizontais e verticais, coladas em vidro, superfícies redondas, entre outras.
Figura 3 – Estação de ônibus
Fonte: https://sunew.com.br/cases/estacao-de-onibus/
Figura 4 – CAOA
Fonte: https://sunew.com.br/cases/caoa/
CÉLULAS POR CORANTE
As células solares de dióxido de titânio (TiO2) sensibilizadas por corante (do inglês: Dye Sensitized Solar Cells - DSSC), ou simplesmente células de Grätzel, as quais surgiram no início da década de 90, representam uma alternativa interessante para a produção de módulos solares de baixo custo. Essas células solares apresentam valores de eficiência de até 10% em sua configuração clássica, entretanto, dependendo do tipo de componente, isso pode modificar, chegando a alcançar até 13% com o uso de corantes baseados em porfirina de Zn(II) e eletrólitos líquidos de Co(II)/Co(III). (SONAI, MELO, NUNES, MEGIATTO, NOGUEIRA, 2015)
Para os módulos solares, cuja área ativa é muito maior que as células solares individuais, o maior valor de eficiência certificado obtido até então é de 8,9%, fabricados pela SHARP. Alguns acessórios que utilizam esse tipo de tecnologia, como mochilas, luminárias e carregadores de smartphones e tablets podem ser adquiridos no site da empresa G24 (País de Gales, Reino Unido). (SONAI, MELO, NUNES, MEGIATTO, NOGUEIRA, 2015)
ESTRUTURA
Na Figura 5 estão apresentados os principais componentes e o princípio básico de funcionamento de uma célula DSSC clássica. O dispositivo é constituído basicamente por um fotoanodo, um contra eletrodo e um eletrólito líquido entre os eletrodos que contém um mediador redox. O fotoanodo é preparado a partir da deposição de uma camada de TiO2 nanocristalino sob um substrato de vidro condutor transparente, o qual contém óxido de estanho dopado com flúor (do inglês: Fluorine doped Tin Oxide - FTO) ou índio (do inglês: Indium doped Tin Oxide - ITO). Este filme nanocristalino de TiO2 é então sensibilizado com um corante baseado em complexos bipiridínicos de Ru(II), como o N719 (cis-[RuL2(NCS)2]:2TBA onde L2 = 2,2'-bipiridina-4,4'-dicarboxilato e TBA = Tetrabutilamônio).
O contra eletrodo é preparado através da deposição de uma fina camada de platina na superfície de um substrato de vidro condutor. Recentemente, outros materiais têm sido utilizados, como grafite, nanotubos de carbono, grafeno, polímeros condutores, dentre outros. O fotoanodo e o contra eletrodo são então unidos e selados com um polímero termoplástico, permitindo a introdução da solução de eletrólito líquido contendo os íons I3-/I- como par redox a partir de pequenos orifícios feitos no contra eletrodo.
Figura 5 - Ilustração esquemática de uma célula DSSC clássica e seu mecanismo de funcionamento, em que a letra D representa o corante (dye) e BC a banda de condução
O princípio básico de funcionamento de uma DSSC é similar ao processo de conversão de energia realizado pelas plantas na fotossíntese, que também envolve a absorção da luz solar por um corante, a clorofila. Na DSSC sob iluminação, o corante absorve luz, e no estado excitado é capaz de transferir elétrons para a banda de condução (BC) do TiO2
As células de terceira geração, como são conhecidas, buscam associar eficiência e baixo custo. Nesse cenário, destacam-se as células orgânicas, as células sensibilizadas por corante, também conhecidas por seu nome inglês “dye-sensitized solar cell” (DSSC), as células solares baseadas em pontos quânticos (quantum dots) e as células solares baseadas em perovskita. Elas ainda estão em desenvolvimento e não desempenham um papel importante no mercado fotovoltaico. Contudo, o objetivo dessa tecnologia é distribuir eletricidade em grande escala em um preço competitivo, isto é, menor que US$0,5/Wp (SILVA, 2018)
PEROVSKITA
A descoberta recente do potencial deste mineral poderá aumentar a eficiência energética dos painéis solares e, assim, expandir a sua utilização. Perovskita está inserida na classe de minerais e é excelente a absorver luz e a converter essa radiação solar em eletricidade: a receita ideal para um painel solar.
Figura 6 – Transformação da Perovskita
Chamam-se células de Perovskita devido à estrutura dos átomos ou moléculas dos cristais que é ABX3. Significa que tem 3 componentes diferentes, organizados de modo cúbico. Em que um dos átomos, A fica nos vértices do cubo, o B no centro e o X no centro de cada face do cubo. Esta é uma estrutura conhecida e usada em vários dispositivos, mas aplicada às células solares é relativamente recente.
Uma célula solar de Perovskita, que inclui um composto estruturado do mineral, é capaz de absorver a luz em quase todos os comprimentos de onda visíveis, pelo que é promissora para captar, com maior eficiência e menores custos, a energia solar para produção de eletricidade.
Figura 7 - Esquemático da seção transversal da célula solar mesoporosa sensibilizada por perovskita.
Em menos de cinco anos de estudos, a perovskita atingiu a eficiência que outros materiais levaram 30 anos para alcançar. Pesquisas apontam para um aproveitamento de 22% da radiação solar, índice igual ao de alguns tipos de células solares já à venda. A perovskita também é mais barata do que o silício.
Os entraves ao desenvolvimento desta tecnologia fotovoltaica têm sido a toxicidade de alguns dos componentes e a sua rápida deterioração na presença de humidade.
Cientistas e empresas tentam melhorar a eficiência e estabilidade destes dispositivos, prolongando a sua durabilidade e substituindo materiais tóxicos, como o chumbo, por outros mais seguros, além de combinar a tecnologia com outras que têm por base materiais como o silício.
O método testado pela Universidade de Toronto abre, de acordo com os cientistas, a perspectiva para uma série de usos para as células solares de perovskita, como telemóveis e janelas de edifícios.
Figura 8 - Utilização de Perovskita em vidro
PONTO QUÂNTICO
Uma célula solar de ponto quântico (QDSC) é um projeto de célula solar que usa pontos quânticos como material fotovoltaico absorvente. Ele tenta substituir materiais a granel, como silício, seleneto de cobre, índio e gálio (CIGS) ou CdTe. Os pontos quânticos têm bandgaps que são ajustáveis através de uma ampla gama de níveis de energia, alterando seu tamanho. Em materiais a granel, o bandgap é fixado pela escolha de material (s). Esta propriedade torna os pontos quânticos atrativos para as células solares multi-junções, onde uma variedade de materiais é usada para melhorar a eficiência através da colheita de múltiplas porções do espectro solar.
A utilização de PQs em células solares foi inicialmente desenvolvida a partir das células sensibilizadas por corantes, pela simples substituição dos corantes usados por Grätzel por PQs. Pontos quânticos vêm sendo utilizados em dispositivos fotovoltaicos, com a finalidade de aumentar a eficiência de conversão de energia solar em eletricidade e também por apresentarem outras vantagens como: confinamento quântico, estabilidade e energia de zona proibida que variam de acordo com o tamanho da nanopartícula e emissão de múltiplos fótons.
A estrutura de uma QDSC consiste em um fotoânodo, feito de vidro e tratado com um óxido semicondutor transparente, uma camada de semicondutor, em que geralmente se utiliza o TiO2 por apresentar maior estabilidade quando exposto à radiação luminosa e também uma camada de ponto quântico (PQs) adsorvido a este semicondutor, além de um eletrólito redox e um contra eletrodo de vidro condutor (KAMAT, 2012; BERNARDES, 2015). Para que o dispositivo funcione, inicialmente é necessário que o semicondutor absorva a radiação solar, que deverá passar pelo substrato de vidro até atingir os PQs que se encontra na superfície dos semicondutores. Após isso, acontece a formação de pares elétrons/buracos, de modo que um elétron é excitado até a banda de condução e na banda de valência ocorre a formação de buracos (BERNARDES, 2015). O elétron excitado para a banda de condução irá se difundir no ânodo e gerar corrente elétrica no circuito. A figura 9 representa a situação.
Figura 9 - Estrutura de uma QDSC.
O processo de transferência dos elétrons nessas células é ilustrado na figura 10, em que ocorre a injeção de elétrons onde há o processamento no ponto quântico que é excitado para as nanopartículas do óxido de metal. É um processo muito rápido, entretanto, o fator limitante da cinética de transferência de cargas global se dá pela etapa lenta de transferência de buracos. Após isso, a transferência de elétrons ocorre na interface entre a banda proibida (band gap) e o semicondutor/QD e o eletrólito, e é seguida pela geração do par elétron-buraco. Em seguida, a transferência de buracos para o par redox, que, presente na estrutura desempenha então um importante papel na regeneração do semicondutor.
A regeneração do par redox no contra-eletrodo onde deve acontecer uma rápida descarga de elétrons no contra-eletrodo para melhorar o desempenho das células solares. Por fim, relacionam-se com a recombinação do par elétron/buraco do ponto quântico para o par redox e da interface do óxido de metal para o par redox, respectivamente. Estas etapas correspondem a processos que levam a desativação da célula solar, diminuindo a eficiência de conversão (BERNARDES, 2015)
Figura 10 - Processo de Transferência de elétrons nas QDSCs.
O primeiro sistema fotoeletroquímico usando pontos quânticos foi publicado pela equipe de Weller em 1990, que utilizavam pontos quânticos de CdS depositados in situ em um substrato de TiO2 nanoestruturado, obtendo um valor de eficiência de foto conversão eletroquímica de aproximadamente 6%. Entretanto, como os valores foram relativamente mais baixos que aqueles obtidos quando corantes moleculares eram usados como sensibilizadores do TiO2, não houve interesse na utilização desses materiais. Somente em 1998 com a utilização de PQs coloidais é que se demonstrou o potencial dessas nanopartículas na geração de fotocorrente, como será apresentado adiante.
Ainda são poucos os grupos de pesquisa no Brasil que têm trabalhos com células solares sensibilizadas por pontos quânticos, dentre os quais podemos citar o Grupo de Pesquisa em Química de Materiais (GPQM) da Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ), o Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer (CTI), o Laboratório de Materiais Aplicados e Interfaces (LAMAI) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), o Núcleo de Tecnologia em Energia Solar (NT-Solar da PUCRS), o Centro de Tecnologia Estratégicas do Nordeste (CETENE) e o Laboratório de Nanotecnologia e Energia Solar (LNES) da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP).
PERC
A sigla PERC corresponde a “Passivated Emitter Rear Cell” ou “Passivated Emitter Real Contact” que, em português, significa “Emissor Passivado na Célula Traseira”, ou seja, possui uma camada adicional de passivação na parte traseira da célula. Esta camada de passivação, além de gerar reflexão no fundo da célula fazendo com que o raio passe mais vezes pelo silício – e assim gere mais energia –também reduz a velocidade de recombinação dos elétrons, fazendo com que a célula se torne mais eficiente que uma célula padrão. Assim, os módulos PERC são mais eficientes e têm menos perdas a altas temperaturas.
A tecnologia PERC representa um grande avanço da indústria além das células cristalinas tradicionais. A tecnologia, entretanto, não é nova – foi desenvolvida há mais de 30 anos na Universidade de South Wales na Austrália, mas somente agora começou a ser empregada comercialmente.
Durante muito tempo os fabricantes estiveram focados na melhoria dos processos de fabricação das células cristalinas tradicionais e tecnologias como a PERC, por um motivo ou outro, ficaram na geladeira. O recente interesse pela técnica PERC foi bastante motivado pela competitividade agressiva entre os fabricantes de células e módulos fotovoltaicos. Fabricantes tentam continuamente melhorar seus produtos, valendo-se de todos os artifícios e tecnologias possíveis para alcançar eficiências maiores.
A célula de PERC consiste em adicionar um material dielétrico entre a camada de alumínio e a camada base de silício, pois dessa forma é possível captar os elétrons da luz provenientes da luz infravermelha que não penetram na camada de alumínio, mas são refletidos e permitem a geração de corrente elétrica entre a camada base e a emissora, como mostra a figura 11.
Figura 11 – comparação convencional com perc
Esse ganho de eficiência resulta na necessidade de menos módulos e consequentemente, menor área, menor número de estruturas de fixação e cabos, entre outros. Com isso, esses módulos apresentam melhor desempenho em altas temperaturas e em condições de baixa incidência de luz. A desvantagem da tecnologia PERC está no chamado LID (Light Induced Degradation), que consiste na degradação do módulo em suas primeiras horas de exposição à luz solar.
Atualmente os módulos mais vendidos são do tipo perc. Ela tem conquistado grande interesse dos fabricantes mundiais. Somente em 2017 foram fabricados mais de 15 GW de módulos PERC. A razão disso é que uma linha de fabricação de células PERC requer a adição de apenas dois processos às linhas de fabricação de células tradicionais. Assim, rapidamente e com baixo investimento os fabricantes conseguem fabricar células PERC mais eficientes do que as convencionais de silício cristalino não passivado. O mercado absorveu bem a tecnologia e módulos PERC já estão disponíveis comercialmente em larga escala.
BIFACIAL
A tecnologia fotovoltaica tem visto nos últimos anos melhorias contínuas, tanto ao nível das células fotovoltaicas como dos módulos fotovoltaicos. Não tão somente com a proposta de elevar as suas eficiências, mas também com grande interesse em aumentar a viabilidade a longo prazo de módulos fotovoltaicos, os fabricantes estão propondo conceitos inovadores utilizando novos materiais e até mesmo utilizando diferentes modelos construtivos. Maior tempo de vida do desempenho e garantias de eficiência para até 35 ou 40 anos são estimados com o uso de novas tecnologias, ultrapassando bastante os atuais 25 anos.
Os painéis fotovoltaicos bifaciais, possuem células fotovoltaicas com duas faces em vez de uma para absorver a energia solar radiante. Eles se utilizam do efeito do Albedo, onde a luz solar refletida do solo ou de alguma superfície é absorvida e a partir da qual o painel bifacial é capaz de oferecer um aumento de potência em sua saída. Sob condições de teste padrão (STC), painéis bifaciais podem gerar 30% a mais de energia, fazendo uso de sua superfície traseira.
Os módulos bifaciais possuem características elétricas e dimensões físicas muito parecidas (ou mesmo idênticas) às dos módulos convencionais. A tensão de circuito aberto (VOC), que depende da quantidade de células, é semelhante nos dois tipos de módulos. O mesmo se pode dizer das demais características como corrente de curto-circuito (ISC), potência máxima (PMPP) e outras.
Historicamente, as células bifaciais foram direcionadas para aplicações BIPV (Building Integrated Photovoltaic) ou em áreas onde grande parte da energia solar disponível é a luz solar difusa que ricocheteou no chão ou em objetos ao redor. No entanto, a queda significativa no custo do vidro solar (utilizado nos painéis fotovoltaicos) nos últimos anos tem tornado o uso de encapsulamento de vidro de dupla face viável e tem impulsionado a pesquisa e desenvolvimento dos painéis bifaciais.
Os módulos convencionais possuem uma folha traseira (backsheet) composta de um plástico branco e opaco. Dessa forma a parte traseira não recebe luz. Diferentemente, os módulos bifaciais devem ser construídos com uma lâmina traseira de vidro no lugar do backsheet. Além do tipo de célula empregado, essa é a única diferença construtiva entre um módulo convencional e um módulo bifacial. A figura 12 exemplifica.
Figura 12 – Exemplificação módulo comum com bifacial
Figura 14 – Exemplos de utilização
Figura 15 – Exemplos de utilização
Esse tipo de módulos fotovoltaico já está disponível no mercado de energia solar e é bastante visto em grandes projetos. Utiliza-se em projetos geralmente de solos com rastreadores com finalidade de aproveitar o máximo de energia provinda do sol. Os módulos bifaciais são uma boa aposta para usinas solares, pois captam luz em suas duas faces, e seu desempenho já vem sendo comprovado. O custo de um módulo bifacial não é muito superior ao de um módulo convencional e o desempenho adicional pode proporcionar desempenho e retorno econômico superiores às usinas solares. Para sistemas fotovoltaicos em telhados os módulos convencionais ainda são a melhor opção.
COLORIDAS
Os módulos que usam a tecnologia de filme fino são feitos de uma forma completamente diferente dos tradicionais com células de silício cristalino. A maioria dos painéis de filme fino possui eficiência de conversão de 2 a 3 pontos percentuais mais baixa do que o silício cristalino. Também é uma ótima tecnologia, sendo utilizada em pequenas células fotovoltaicas, como a de uma calculadora de escritório. Telureto de cádmio (CdTe), seleneto de cobre gálio índio (CIGS) e silício amorfo (a-Si) são as três tecnologias de filme fino mais utilizadas. A maior empresa fabricante de filme-fino do mundo é a First Solar (EUA), que usa os seus painéis principalmente em usinas solares.
Figura 16 – Módulo de filme fino
Depositar uma ou várias camadas finas de material fotovoltaico sobre um substrato é a essência básica de como os painéis fotovoltaicos de filme fino são fabricados. Eles também são conhecidos como células fotovoltaicas de película fina (TFPV). Os diferentes tipos painéis solares de filme fino podem ser categorizados por material fotovoltaico que é depositado sobre o substrato:
Silício amorfo (a-Si)
Telureto de cádmio (CdTe)
Cobre, índio e gálio seleneto (CIS / CIGS)
Células solares fotovoltaicas orgânicas (OPV)
Dependendo da tecnologia da célula fotovoltaica de filme fino utilizada, os painéis de filme fino possuem eficiências médias entre 7-13%. Algumas tecnologias de painel de filme fino já estão chegando nos 16%, sendo similares a eficiência dos painéis policristalinos. Em 2015, os painéis fotovoltaicos que utilizam a tecnologia de filme fino representam aproximadamente 20% do mercado mundial de painéis solares fotovoltaicos. Sendo a maioria de silício cristalino.
Algumas das vantagens desse tipo de células são: a produção em massa é simples em comparação com a tecnologia cristalina. Isto os torna potencialmente mais baratos de fabricar do que as células solares de base cristalinas. Sua aparência homogênea é esteticamente bonita. Pode ser feito flexível, o que abre um leque de aplicações muito grande. Altas temperaturas e sombreamento de árvores e outras obstruções têm menos impacto sobre o desempenho do painel solar de filme fino.
Entretanto, possuem algumas desvantagens, do tipo: módulos fotovoltaicos de filme fino não são, em geral, utilizados na maioria das instalações de sistemas fotovoltaicos residenciais. Eles são baratos, mas eles também exigem uma grande quantidade de espaço. Menos eficiência por m² significa que o seu custo com estrutura de instalação, mão-de-obra e cabeamento tende a aumentar. Módulos FVs de filme fino tendem a degradar mais rapidamente do que os painéis solares mono e policristalinos, e é por isso que eles geralmente vêm com uma garantia mais curta.
Figura 17 – Filme fino
TRANSPARENTES
Uma equipe de pesquisadores da Universidade Estadual de Michigan revelou recentemente uma tecnologia única de célula solar fotovoltaica transparente, que gera energia elétrica a partir da luz do sol, quando colocado sobre uma superfície de uma janela ou um vidro qualquer.
Objetivo era criar uma técnica para concentrar a luz solar que permitisse que células fossem 100% transparentes. "Ninguém quer sentar-se atrás de um vidro colorido", de acordo com Lunt, "Eles transformam o ambiente em uma discoteca! Tomamos uma abordagem onde transformamos a camada ativa luminescente em transparente".
A luz infravermelha é "guiada" para a borda do material onde ela é convertida em energia elétrica por meio de finas tiras de células solares fotovoltaicas.
Como Lunt explica: "Podemos “sintonizar” esses materiais para captar apenas os raios ultravioleta e os comprimentos de onda infravermelhos próximos que, em seguida, 'brilham' em outro comprimento de onda no infravermelho."
"Porque os materiais não absorvem ou emitem luz no espectro visível, eles parecem excepcionalmente transparentes ao olho humano", acrescenta.
As células transparentes são formadas por uma heterojunção de PV orgânico (OPV) que é transparente à luz visível, e que absorve no infravermelho próximo espectro com uma eficiência de 1,3 ± 0,1%. O OPV contém cloroaluminium ftalocianina (ClAlPc) como doador orgânico molecular e C60 como um aceitador molecular. O ânodo da célula é revestido com óxido de índio-estanho (ITO), ClAlPc, C60, bathocuproine (BCP) e MoO3, enquanto o cátodo é revestido com Ag via evaporação térmica. O espelho NIR transparente é cultivado separadamente em um substrato de quartzo e é chamado de um refletor Bragg distribuído. As camadas de TiO2 e SiO2 são pulverizadas a uma espessura selecionada para produzir uma faixa de parada de aproximadamente 88 nm. Do outro lado do quartzo, uma camada antirreflexo de banda larga é revestida. (HUSAIN et al, 2018). A Figura 18 representa a estrutura de uma célula solar transparente.
Figura 18 – Representação da estrutura da célula solar transparente
O potencial para este novo gerador de energia solar é imensa, pois cria a oportunidade para edifícios e cidades inteiras produzirem a sua própria energia fotovoltaica através de suas janelas. De acordo com um comunicado de imprensa MSU, o chamado Concentrador Solar Luminescente Transparente (TLSC), utiliza pequenas moléculas orgânicas desenvolvidas pela Lunt e sua equipe para absorver a parte da luz solar que não é visível ao olho humano.
O lado negativo desta tecnologia por enquanto é a eficiência esperada de cerca de 5% e 7%, considerada baixa em comparação com a tecnologia atual de módulo FV. Em contrapartida, o fato de que o concentrador solar pode aproveitar vastas áreas de janela de fábricas, prédios e casas sem atrapalhar a luminosidade do local com certeza compensa a baixa eficiência.
Os pesquisadores MSU veem um futuro brilhante para a tecnologia da célula solar transparente não apenas em janelas e outras superfícies claras, mas também na alimentação de dispositivos portáteis, como telefones e outros “gadgets”.
Figura 19 – Célula Transparente
Figura 20 – Célula Transparente
REFERÊNCIAS
FEBRAS, Felipe. Módulos fotovoltaicos com células solares bifaciais: fabricação, caracterização e aplicação em sistema fotovoltaico isolado. PUC-RS, RIO GRANDE DO SUL, 2012. Disponível em: <http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/3221>. Acesso em 23 de março de 2021.
BOREAL SOLAR. Tecnologia PERC. Disponível em: <http://borealsolar.com.br/blog/2019/11/14/maior-eficiencia-em-energia-solar-com-placas-perc/>. Acesso em 23 de março de 2021.
PORTAL SOLAR. Células solares transparentes. Disponível em: < https://www.portalsolar.com.br/blog-solar/curiosidades-sobre-energia-solar/celula-solar-transparente-e-inventada-nos-estados-unidos.html>. Acesso em 23 de março de 2021
CHEN, C. C.; DOU, L.; GAO, J.; CHANG, W. H.; LI, G., YANG, Y.; High-performance semi-transparent polymer solar cells possessing tandem structures Energy Environ. Sci., v. 6, 2714-2720, 2013
NOCTULA. Célula de Perovskita. Disponível em: <https://noctula.pt/novas-celulas-solares-de-perovskita-mineral-considerado-o-futuro-da-tecnologia-fotovoltaica/#:~:text=Uma%20c%C3%A9lula%20solar%20de%20perovskita,solar%20para%20produ%C3%A7%C3%A3o%20de%20eletricidade>. Acesso em 23 de março de 2021.
SILVA, B. DESENVOLVIMENTO DE CÉLULAS SOLARES FLEXÍVEIS SENSIBILIZADAS POR CORANTES NATURAIS, A BASE DE V2O5, VIA SOL-GEL, E POLIANILINA. OURO BRANCO, MG. 2018. Disponível em: < https://www.ufsj.edu.br/portal2-repositorio/File/ppgmq/DISSERTACOES%20E%20TESES/Bruno%20-%20Dissertacao%20Final.pdf>. Acesso em 23 de março de 2021
GABRIELA G. SONAI; MAURÍCIO A. MELO JR.; JULIA H. B. NUNES; JACKSON D. MEGIATTO JR.; ANA F. NOGUEIRA. Células solares sensibilizadas por corantes naturais: um experimento introdutório sobre energia renovável para alunos de graduação. Campinas, 2015.
LOURENÇO JUNIOR, O. D.; RAMONI, M. C.; MENEZES, L. C. W.; BAGNIS, D.; ROMAN, L. S. Células Solares Orgânicas, a Energia que Vem dos Polímeros. UFPR. 2020
AMAT, P.V.; Boosting The Efficiency of Quantum Dot Sensitized Solar Cells through Modulation of Interfacial Charge Transfer. Accounts of ChemicalResearch, 45, 1906 – 1915, 2012.
BERNARDES, Letícia M. C. Células solares sensibilizadas por pontos Quânticos. Trabalho de Conclusão de Curso de Química, Universidade Federal de São João del-Rei, 2015.
HUSAIN, A.F.; HASAN, W. Z. W.; SHAFIE, S.; HAMIDON, M. N.; PANDEY, S. S.; A review of transparent solar photovoltaic technologies, Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 94, p. 779-791, 2018.
FUNVERDE. Células Solares Transparentes. Disponível em: < https://www.funverde.org.br/blog/celula-solar-transparente-para-edificio/>. Acesso em 23 de março de 2021