Como estamos projetando uma lona solar para gerar energia a partir do sol

Como estamos projetando uma lona solar para gerar energia a partir do sol

Um pequeno pedaço de um protótipo de lona solar. Universidade da Califórnia, San Diego, CC BY-ND

O potencial de geração de energia dos painéis solares - e uma limitação fundamental de seu uso - é resultado do que eles são feitos. Painéis feitos de silício estão diminuindo de preço, de modo que em alguns locais eles podem fornecer eletricidade custa quase o mesmo que a energia de combustíveis fósseis como carvão e gás natural. Mas os painéis solares de silício também são volumosos, rígidos e quebradiços, portanto não podem ser usados ​​em qualquer lugar.

Em muitas partes do mundo que não têm eletricidade regular, os painéis solares podem fornecer luz de leitura depois de escurecer e energia para bomba de água potável, Socorro poder pequenas empresas domésticas ou baseadas em aldeias ou até servir abrigos de emergência e acampamentos de refugiados. Mas a fragilidade mecânica, o peso e as dificuldades de transporte dos painéis solares de silício sugerem que o silício pode não ser ideal.

com base o trabalho de outros, meu grupo de pesquisa está trabalhando para desenvolver painéis solares flexíveis, que seria tão eficiente quanto um painel de silício, mas seria fino, leve e dobrável. Esse tipo de dispositivo, que chamamos de "lona solar”, Poderia ser espalhado para o tamanho de um quarto e gerar eletricidade a partir do sol, e poderia ser enrolado para ser do tamanho de uma toranja e enfiado em uma mochila como 1,000 vezes sem quebrar. Embora tenha havido algum esforço para tornar as células solares orgânicas mais flexíveis simplesmente tornando-os ultra-finosA durabilidade real requer uma estrutura molecular que torna os painéis solares extensíveis e resistentes.

Semicondutores de silício

O silício é derivado da areia, o que torna barato. E o modo como seus átomos se encaixam em um material sólido o torna um bom semicondutor, o que significa que sua condutividade pode ser ligada e desligada usando campos elétricos ou luz. Porque é barato e útil, silício é a base para os microchips e placas de circuito em computadores, telefones celulares e basicamente todos os outros eletrônicos, transmitindo sinais elétricos de um componente para outro. O silício é também a chave para a maioria dos painéis solares, porque pode converter a energia da luz em cargas positivas e negativas. Essas cargas fluem para os lados opostos de uma célula solar e podem ser usadas como uma bateria.

Mas suas propriedades químicas também significam que ele não pode ser transformado em eletrônica flexível. O silício não absorve a luz de maneira muito eficiente. Fótons podem passar através de um painel de silício que é muito fino, então eles têm que ser bastante grossos - em torno de micrômetros 100, sobre a espessura de uma nota de um dólar - para que nenhuma das luzes seja desperdiçada.


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Semicondutores da próxima geração

Mas os pesquisadores descobriram outros semicondutores que são muito melhores em absorver a luz. Um grupo de materiais, chamado “perovskitas, ”Pode ser usado para fazer células solares que são quase tão eficientes quanto os de silicone, mas com camadas de absorção de luz que são um milésimo da espessura necessária com o silício. Como resultado, os pesquisadores estão trabalhando na construção de células solares de perovskita que podem alimentar pequenos aviões não tripulados e outros dispositivos onde a redução de peso é um fator chave.

O 2000 Prêmio Nobel de Química foi concedido aos pesquisadores que descobriram que poderiam fabricar outro tipo de semicondutor ultrafino, chamado polímero semicondutor. Esse tipo de material é chamado de “semicondutor orgânico” porque é baseado em carbono e é chamado de “polímero” porque consiste em longas cadeias de moléculas orgânicas. Os semicondutores orgânicos já são utilizados comercialmente, inclusive no indústria de bilhões de dólares of ecrãs de díodos emissores de luz orgânicos, mais conhecido como TVs OLED.

Semicondutores de polímeros não são tão eficientes na conversão de luz solar em eletricidade quanto em perovskitas ou silício, mas são muito mais flexível e potencialmente extraordinariamente durável. Polímeros regulares - não os semicondutores - são encontrados em toda parte na vida cotidiana; são as moléculas que compõem o tecido, o plástico e a tinta. Os semicondutores de polímero têm o potencial de combinar as propriedades eletrônicas de materiais como o silício com as propriedades físicas do plástico.

O melhor dos dois mundos: eficiência e durabilidade

Dependendo de sua estrutura, os plásticos têm uma ampla gama de propriedades - incluindo flexibilidade, como uma lona; e rigidez, como os painéis do corpo de alguns automóveis. Polímeros semicondutores têm estruturas moleculares rígidas e muitos são compostos de minúsculos cristais. Eles são essenciais para suas propriedades eletrônicas, mas tendem a torná-los frágeis, o que não é um atributo desejável para itens flexíveis ou rígidos.

O trabalho do meu grupo tem se concentrado em identificar maneiras de criar materiais com boas propriedades semicondutoras e durabilidade os plásticos são conhecidos por - sejam eles flexíveis ou não. Isso será fundamental para a minha idéia de uma lona ou cobertor solar, mas também pode levar a materiais para telhados, pisos externos ou talvez até mesmo a superfícies de estradas ou estacionamentos.

A ConversaçãoEste trabalho será fundamental para aproveitar o poder da luz do sol - porque, afinal de contas, a luz do sol que atinge a Terra em uma única hora contém mais energia do que toda a humanidade usa em um ano.

Sobre o autor

Darren Lipomi, professor de nanoengenharia, University of California San Diego

Este artigo foi originalmente publicado em A Conversação. Leia o artigo original.

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