07 de Setembro de 2012

Célula solar biohíbrida

Mesmo não sendo capaz de deixar as pessoas fortes como o Popeye, o espinafre está dando uma superforça para as energias alternativas.

Recentemente, proteínas retiradas do espinafre, misturadas a moléculas de polímeros, criaram nova forma deproduzir hidrogênio diretamente a partir da luz solar.

Agora o ganho de energia foi diretamente para as células solares.

Combinando a proteína usada pelo espinafre na fotossíntese - para converter a luz em energia eletroquímica - com o bem conhecido silício, cientistas criaram uma célula solar "biohíbrida".

"Esta combinação produz níveis de corrente quase 1.000 vezes maiores do que podemos alcançar depositando a proteína sobre vários tipos de metal. Ela também produz um aumento modesto na tensão," disse o professor David Cliffel, da Universidade Vanderbilt, nos Estados Unidos.

Segundo o pesquisador, se o ritmo nos ganhos de eficiência se mantiver - ele vem se mantendo desde 2007 -, as células solares biohíbridas poderão alcançar o rendimento de tecnologias mais maduras dentro de três anos.

Proteína da fotossíntese

No estágio atual, um painel solar de 60 centímetros com as células solares de espinafre - que ainda não estão prontas para compor um painel solar - seria capaz de gerar 100 miliamperes a uma tensão de 1 volt, eventualmente suficiente para pequenos aparelhos portáteis.

Outra vantagem potencial dessas células solares biohíbridas é que elas poderão ser muito baratas, ao contrário das células solares inorgânicas, que dependem de semicondutores raros e de processos industriais caros.

Isso porque a proteína PS1 (photosystem 1) continua a funcionar depois de extraída de plantas como o espinafre. A vantagem é que ela converte a luz do Sol em eletricidade com uma eficiência próxima aos 100%, contra cerca de 40% dos melhores materiais fotovoltaicos fabricados pelo homem.

O maior entrave no desenvolvimento da nova tecnologia é a durabilidade: o recorde de vida útil de uma célula solar empregando a proteína PS1 foi de nove meses.

"A natureza sabe como fazer isso extremamente bem. Nas árvores, por exemplo, a PS1 dura anos. Nós só temos que descobrir como fazer isso," disse Cliffel.

Crescimento vegetativo

Para construir sua célula solar "semi-vegetal", os pesquisadores extraíram a PS1 do espinafre em uma solução aquosa e depositaram a mistura em uma pastilha de silício dopada com cargas positivas.

Basta deixar a água evaporar, e a célula solar está pronta.

Os testes mostraram que o melhor rendimento foi obtido com uma camada de PS1 de um micrômetro de espessura, o que corresponde a cerca de 100 moléculas de proteína.

Segundo os pesquisadores, o projeto do substrato de silício desempenha um papel fundamental no aproveitamento dos elétrons gerados pela proteína. Como alguns tipos de dopagem não funcionaram, eles acreditam haver margem para melhorias no rendimento das células biohíbridas.

Bibliografia:

Enhanced Photocurrents of Photosystem I Films on p-Doped Silicon
Gabriel LeBlanc, Gongping Chen, Evan A. Gizzie, G. Kane Jennings, David E. Cliffel
Advanced Materials
Vol.: Article first published online
DOI: 10.1002/adma.201202794
fonte:http://www.inovacaotecnologica.com.br/
publicado por adm às 11:09

04 de Outubro de 2010

Pesquisadores criam spray de nanocristais, tentado fazer com que esta energia verde chegue até o maior número de pessoas.

Por Nátaly Dauer


Você está na praia, em uma trilha ou em um acampamento e a bateria do celular (ou pior, do GPS) acabou? Graças a uma nova tecnologia de energia solar, isto pode não ser mais um problema tão grande. Com células fotovoltaicas em spray, aplicadas sobre qualquer superfície, a energia solar pode ficar mais barata e acessível.

Pelo menos é isso o que esperam Brian Korgel e seus colegas, da Universidade do Texas, nos Estados Unidos, com a tecnologia publicada no artigo Spray-deposited CuInSe2 nanocrystal photovoltaics, no periódico Energy & Environmental Science. A técnica funciona com o espalhamento de células solares por meio de um spray (que, esperamos não contenha gases nocivos à camada de ozônio) e pode ser utilizado em quase qualquer superfície, conta o site New Scientist, desde plástico até tecidos.

Os pesquisadores desenvolveram um meio de diminuir os custos da produção de células solares com um tipo de tinta contendo nanocristais de semicondutores compostos por cobre, índio e selênio. Korgel afirma que o método de aplicação é muito semelhante a pintar uma parede, só que a “tinta” tem um propósito.

Uma das aplicações sugeridas pelo cientista é em superfícies de barracas militares, por exemplo, fazendo com que elas gerem energia elétrica (além de suas utilidades naturais, claro). Além disso, a tecnologia ainda pode ser aplicada em situações do dia a dia, como em tecidos, mochilas ou mesmo tetos de carros.

Entretanto, Korgel reconhece que muita água vai rolar por debaixo da ponte até a pesquisa crie algo comercialmente viável. Atualmente, a “célula solar em spray” ainda possui muitos obstáculos técnicos a serem transpostos (por exemplo, onde conecto os eletrodos?) e apresenta, ainda em laboratório, uma eficiência baixíssima, da ordem de 3%.

A produção e comercialização deste tipo de célula solar dependem de uma melhora drástica dessa eficiência e é esta a próxima etapa para o grupo do Texas.

De toda forma, a idéia é promissora: está perdido no meio da amazônia e acabou a bateria doGPS? Não tem grilo: pinta aquela pedra ali…

fonte:geek

publicado por adm às 20:55

01 de Agosto de 2010

 

Cientistas acreditam que os olhos de moscas têm o formato idealpara coletar mais energia solar. Então as próximas células solares devem copiar os insetos para coletar a luz do Sol em uma área maior do que a de uma superfície plana.

 

O modelo das moscas foi tomado porque seus olhos são hemisféricos. Em cada esfera a superfície é coberta por “olhos” hexagonais, o que permite que elas absorvam muita luz de ângulos diferentes.

Para imitar os olhos das moscas, cientistas coletaram as córneas de nove moscas e as preencheram com um polímero para que sua forma fosse mantida. Depois, com base nas córneas, eles criaram moldes com o padrão exato dos olhos das moscas.

Com os moldes, os cientistas criarão células solares mais eficientes. Mas vamos esperar que a aparência delas seja menos nojenta do que a das moscas.

Fonte:Gizmodo

publicado por adm às 18:48

24 de Junho de 2010

Pesquisadores da Universidade de Minnesota, nos Estados Unidos, demonstraram que é possível capturar os elétrons perdidos pelas células solares e direcioná-los para o circuito elétrico.

A descoberta, segundo eles, abre a possibilidade de construir células solares com eficiência de duas vezes a três vezes maior do que as atuais, que raramente superam os 20%.

Os elétrons capturados são aqueles que normalmente escapam do circuito da célula solar e se perdem no ambiente na forma de calor.

 

Elétrons quentes

Na maioria das células solares atuais, os raios do Sol incidem sobre a camada superior das células, normalmente feita de silício cristalino.

O problema é que muitos elétrons no silício absorvem quantidades excessivas da energia solar e irradiam essa energia para fora da célula solar, na forma de calor, antes que ela possa ser aproveitada.

Uma primeira abordagem para aproveitar essa energia consiste na transferência desses "elétrons quentes", tirando-os do semicondutor e levando-os para um fio, ou circuito elétrico, antes que eles percam energia.

Mas os esforços para extrair esses elétrons dos semicondutores tradicionais de silício ainda não tiveram sucesso.

 

Nanocristais

No entanto, quando esses semicondutores são construídos na forma de estruturas extremamente pequenas, medindo poucos nanômetros, eles formam os chamados pontos quânticos, nanocristais que possuem propriedades diferentes do silício cristalino normal.

"A teoria diz que os pontos quânticos devem retardar a perda de energia na forma de calor," conta William Tisdale, que realizou os experimentos deste novo estudo. "A grande questão para nós era saber se poderíamos também acelerar a extração e a transferência dos elétrons quentes o suficiente para agarrá-los antes que eles resfriassem."

Tisdale e seus colegas demonstraram que pontos quânticos feitos de um outro semicondutor, o seleneto de chumbo, em vez de silício, são capazes de capturar os elétrons ainda "quentes".

A seguir, os elétrons foram direcionados para uma camada de dióxido de titânio, um outro material semicondutor barato e largamente utilizado na indústria. O dióxido de titânio funciona como um fio para levar os elétrons para o circuito elétrico, elevando a potência de saída do circuito.

 

Células solares de pontos quânticos

Extrapolando os resultados do rendimento verificado no experimento, os cientistas calculam que é possível construir células solares de pontos quânticos com uma eficiência de 66%, praticamente três vezes mais do que as células solares disponíveis comercialmente.

"Este é um resultado muito promissor," disse Tisdale. "Nós demonstramos que você pode arrancar os elétrons quentes muito rapidamente - antes que eles percam sua energia."

O trabalho, contudo, ainda está no início. Agora os cientistas precisam construir células solares reais, usando os pontos quânticos de seleneto de chumbo e verificar cuidadosamente seu funcionamento, eventualmente escolhendo outros materiais.

O uso do dióxido de titânio também precisará ser revisto ou otimizado. Embora ele capture os elétrons quentes, os elétrons perdem parte de sua energia no próprio material. Eventualmente uma nova arquitetura de construção das células solares possa resolver o problema.

De qualquer forma, os resultados deixaram os cientistas animados. "Eu me sinto confortável em dizer que a energia solar está para se tornar um grande componente da nossa oferta energética no futuro," disse Eray Aydil, coordenador do estudo.

fonte:www.inovacaotecnologica.com.br

 

 

 

publicado por adm às 13:09

09 de Maio de 2010

Cientistas do MIT deram um passo importante na busca de energias “verdes”. Eles conseguiram revestir uma folha de papel com células solares, capazes de converter a luz do Sol em energia elétrica.

Segundo o site Cnet, a vantagem da técnica é produzir painéis solares mais leves e baratos. Como conseguiram imprimir um semicondutor elétrico na folha de papel, os cientistas esperam poder revestir outras superfícies, como plástico ou metal, com a substância.

O projeto foi desenvolvido por pesquisadores do Centro de Pesquisas das Fronteiras Solares da ENI-MIT - parceria do MIT com a companhia de combustível italiana ENI. Atualmente, os painéis solares são feitos de silicone, um material bastante durável, mas cientistas procuram maneiras mais baratas ainda de produzir a energia.

 

O problema ainda é a eficiência. Enquanto os painéis de silicone conseguem aproveitar 20% da energia solar, as folhas de papel só conseguem absorver 2%. Mas, segundo os pesquisadores, o projeto ainda está nas primeiras etapas de desenvolvimento e espera-se que em alguns anos, a técnica seja aprimorada, e a folha de papel torne-se mais eficiente.

fonte:http://revistagalileu.globo.com

publicado por adm às 11:32

08 de Maio de 2010

 

 

Um novo projeto de concentrador solar poderá levar a dispositivos de concentração da luz do Sol que sejam mais baratos e que exijam menos células fotovoltaicas do que os concentradores solares atuais.

 

Concentradores solares

Já existem concentradores solares de alta eficiência, que basicamente usam lentes para focalizar o Sol, projetando uma intensidade de luz equivalente a centenas de vezes a incidência normal do Sol, aplicando o foco sobre células solares de alta eficiência.

Esses sistemas tipicamente utilizam matrizes de lentes individuais que focam diretamente em células fotovoltaicas individuais, numa relação uma para uma entre lentes e células. Isso exige um alinhamento preciso e a conexão das diversas células.

 

Sem montagem e sem ajustes

O novo concentrador solar coleta a luz do Sol com milhares de lentes individuais construídas sobre uma folha. Essas lentes são acopladas a um "guia de ondas" plano que afunila a luz para uma única célula fotovoltaica.

Jason Karp e seus colegas da Universidade da Califórnia construíram um protótipo com apenas dois componentes ópticos primários, reduzindo o material utilizado, além de eliminar a necessidade de montagem e ajustes.

 

Matriz de lentes

"O motivo real de estarmos tentando construir esse tipo de concentrador solar é certamente o custo," disse Karp, explicando que o projeto reduz o custo do aparato óptico ao usar lentes menores e mais simples.

Mesmo as lentes utilizadas tiveram seu custo reduzido. Partindo de matrizes de lentes disponíveis comercialmente, os pesquisadores empregaram técnicas de impressão como as utilizadas na fabricação de telas para televisores com telas grandes para fazer o acoplamento com a guia de ondas que "recolhe" a luz concentrada de cada lente.

fonte:www.inovacaotecnologica.com.br

publicado por adm às 00:16

19 de Abril de 2010

Uma equipe internacional de pesquisadores anunciou dois avanços simultâneos na área das células solares orgânicas que, se confirmadas, poderão mudar o quadro da exploração da energia solar.

Em dois artigos, publicados no Journal of the American Chemical Society e na Nature Chemistry, a equipe coordenada pelo professor Benoit Marsan, da Universidade de Quebec, no Canadá, anuncia a solução para dois problemas que vêm atormentando a comunidade que pesquisa células solares nos últimos 20 anos.

 

Células de Gratzel

As células solares fotovoltaicas, feitas de silício, são eficientes, mas muito caras. Suas competidoras mais promissoras são as chamadas células solares orgânicas.

Também conhecidas pela sigla DSC (Dye-Sensitized Solar Cells - células solares sensibilizadas por corantes) essas células solares foram inventadas pela equipe do professor Michael Gratzel, na Suíça, nos anos 1990 - por isso, os europeus costumam chamá-las de células solares Gratzel. O próprio professor Gratzel orientou a equipe que agora está anunciando os avanços.

Potencialmente, as células Gratzel podem ser muito mais baratas do que as células solares de silício porque elas podem ser fabricadas por um processo similar ao da impressão, e sobre superfícies flexíveis, adaptando-se melhor à arquitetura das construções e dos objetos.

 

Células solares Gratzel

O funcionamento das células solares orgânicas é baseado no princípio da fotossíntese, o processo bioquímico pelo qual as plantas convertem a energia luminosa do Sol em carboidratos (açúcares, o alimento das plantas).

Uma célula solar Gratzel é composta por uma camada porosa de nanopartículas de um pigmento branco, o dióxido de titânio, coberta por um corante molecular que absorve a luz solar, como a clorofila nas folhas verdes.

O dióxido de titânio revestido com pigmento é imerso em uma solução eletrolítica, e um catalisador à base de platina completa a estrutura.

Como em uma célula eletroquímica convencional - uma pilha alcalina, por exemplo - dois eletrodos (o anodo de dióxido de titânio e o catodo de platina na célula Gratzel) são colocados em cada um dos lados de um condutor líquido (o eletrólito).

A luz solar passa através do catodo e do eletrólito e, em seguida, retira elétrons do anodo de dióxido de titânio, que é um semicondutor e fica na parte inferior da célula. Esses elétrons viajam ao longo de um fio a partir do anodo até o catodo, criando a corrente elétrica. Desta forma, a energia do sol é convertida em eletricidade.

A maioria dos materiais usados para construir esta célula solar são de baixo custo, de fácil fabricação, e são flexíveis, permitindo a integração dos painéis solares em uma grande variedade de objetos e materiais.

 

Problemas das células solares orgânicas

Em teoria, o potencial das células solares orgânicas, ou de Gratzel, é enorme.

Infelizmente, apesar da excelência do conceito, esse tipo de célula tem dois grandes problemas que têm impedido a sua comercialização em larga escala.

O primeiro destes problemas está no eletrólito, que:

  1. é extremamente corrosivo, o que faz com que as células solares tenham uma vida útil curta;
  2. é colorido, impedindo a passagem da luz solar de forma eficiente e
  3. limita a tensão da célula solar em 0,7 volt.

O segundo problema é o catodo, que é recoberto com platina, um material que não é transparente, é raro e, portanto, muito caro.

Apesar de inúmeras tentativas, até agora ninguém tinha sido capaz de encontrar uma solução satisfatória para estes problemas.

A própria equipe do professor Gratzel apresentou, há cerca de dois anos, uma solução parcial para o eletrólito, substituindo-o por uma mistura de dois líquidos iônicos, criando células solares orgânicas sem solventes.

Mas solução utiliza rutênio, um metal que é ainda mais raro e mais caro do que a platina.

 

Soluções para as células Gratzel

Agora a equipe do professor Marsan apresentou duas propostas de solução que resolvem os dois grandes problemas das células Gratzel.

Para o eletrólito, eles sintetizaram em laboratório moléculas inteiramente novas. O resultado é um gel transparente e não-corrosivo e que pode aumentar a tensão gerada pela célula solar.

Isto melhoraria não apenas o rendimento, mas também a estabilidade e a durabilidade da célula solar orgânica.

Para o catodo, a platina foi substituída por sulfeto de cobalto, que é muito mais barato. Segundo os pesquisadores, o material é também mais eficiente, mais estável e mais fácil de ser produzido.

As propostas do professor Marsan e de sua equipe foram recebidas com entusiasmo pela comunidade científica.

O próximo passo é aguardar que outras equipes reproduzam os materiais e avaliem tanto o rendimento quanto a durabilidade das novas células solares orgânicas. A continuarem valendo os resultados agora publicados, as perspectivas são de fato entusiasmantes.

Fonte:Inovação tecnologica

publicado por adm às 23:24

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