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Painéis solares orgânicos

Os painéis solares orgânicos são painéis solares fotovoltaicos de terceira geração. Podem aumentar consideravelmente a competitividade da energia solar.

Estrutura e materiais usados

O princípio de funcionamento é o mesmo das células fotovoltaicas das gerações anteriores, explicado na primeira parte do funcionamento dos painéis solares. São usados polímeros conjugados ou moléculas orgânicas de cadeia curta em vez de silício. Os materiais orgânicos permitem que as células solares se tornem flexíveis. Em todas as estruturas, um dos eletrodos deve ser semitransparente, para permitir a entrada de luz. Um dos materiais mais usados para o eletrodo semitransparente é o óxido de estanho de índio (ITO).

estrutura para painéis solares orgânicos
Nesta configuração, a camada doadora (donor layer) e a camada aceitadora (acceptor layer) formam uma junção entre si. As moléculas à direita são exemplos de materiais semicondutores doadores e aceitadores de elétrons. Fonte: TCI.

As células precisam ter um substrato feito de vidro (glass) ou politereftalato de etileno (PET).

estrutura para painéis solares orgânicos 2
É possível colocar os materiais receptores e doadores em uma única camada ativa (Blend/active layer). Fonte: (Nelson, 2011).
estrutura para painéis solares orgânicos com barreiras de energia
O PEDOT:PSS é um polímero dopado para reduzir a barreira de energia entre o eletrodo e a camada ativa, para aumentar o movimento de lacunas (h^{+}), espaços vazios sem elétrons. O óxido de zinco (ZnO) aumenta o movimento de elétrons (e^{-}). b) e c) mostram os diagramas das bandas de energia dos materiais e as barreiras de energia entre eles. Fonte: (Channa, 2019).

O que são polímeros conjugados?

São polímeros usados em painéis solares orgânicos, têm propriedades semelhantes aos dos metais e semicondutores. Possuem uma sequência alternada de ligações covalentes simples e dupla ao longo da cadeia.

polímeros conjugados
Alguns exemplos de polímeros conjugados. Fonte: (Da Silva et al., 2008).

Os polímeros conjugados são dopados por meio de reações de oxidação ou redução com íons ou outras moléculas orgânicas, para obterem falta ou excesso de elétrons respectivamente.

Vantagens e desvantagens dos painéis solares orgânicos

Além da flexibilidade, os painéis solares orgânicos possuem outras vantagens como:

  • São bem mais leves.
  • Dependendo do material, podem absorver luz ultravioleta e/ou infravermelha.
  • Os materiais para fabricação são mais abundantes.
  • Dependem menos do ângulo de incidência, o que permite maior número de potenciais aplicações.

Quanto às desvantagens:

  • A eficiência ainda é muito baixa, abaixo de 20%.
  • A vida útil é menor do que os dos painéis inorgânicos.

Esta tecnologia ainda não está disponível comercialmente. O processo de fabricação é diferente dos painéis solares inorgânicos e será explicado em um outro post.

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About Pedro Ney Stroski

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