Energia

Pétalas de rosa aumentam eficiência de células solares

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/06/2016

Biomimética: A epiderme de uma pétala de rosa foi replicada na forma de uma camada transparente que é integrada a uma célula solar.[Imagem: Guillaume Gomard/KIT]

Fotossíntese artificial

Pesquisadores alemães replicaram a estrutura das células epidérmicas das pétalas de rosa, que possuem propriedades antirreflexo excepcionais, e as integraram em uma célula solar orgânica.

Com uma superfície semelhante à das rosas, as células solares melhoraram sua capacidade de captar a luz e, em decorrência, de gerar mais energia. A modificação resultou em um ganho de eficiência de pelo menos 12% - os níveis foram maiores dependendo da posição do Sol.

A equipe começou avaliando as propriedades ópticas e, acima de tudo, o efeito antirreflexo das células epidérmicas de várias espécies de plantas. Estas propriedades se mostraram particularmente fortes nas pétalas de rosa, sendo responsáveis pelas cores mais fortes, o que aumenta suas chances de polinização.

A busca nas plantas se justifica porque as células fotovoltaicas têm um mecanismo de funcionamento que lembra a fotossíntese das plantas, no sentido de que a energia da luz é absorvida e transformada em uma forma diferente de energia. Nesse processo, é importante aproveitar a maior porção possível do espectro de luz do Sol e captar a luz de vários ângulos de incidência, já que o ângulo muda com a posição do Sol. E as plantas levaram milhões de anos de evolução aprimorando essa capacidade.

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Folha de rosa artificial

Quando vista sob o microscópio eletrônico, a epiderme das pétalas de rosa se mostra como uma série de microestruturas muitas densas, dispostas sem um padrão aparente, com nervuras adicionais formadas por nanoestruturas também posicionadas aleatoriamente.

A fim de replicar exatamente essa estrutura sobre uma área maior, Ruben Hünig e seus colegas do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe transferiram-na para um molde de polidimetilsiloxano - um polímero à base de silício - e depois prensaram a estrutura negativa resultante sobre uma cola fotossensível, que foi finalmente deixada para curar sob luz ultravioleta.

"Este método fácil e de baixo custo cria microestruturas com uma profundidade e densidade que dificilmente poderiam ser obtidas com técnicas artificiais," disse o professor Guillaume Gomard, coordenador do trabalho.

Depois de curada, a estrutura rugosa em nanoescala, mas fina e transparente quando vista a olho nu, foi colada sobre células solares orgânicas.

O resultado foi um ganho de eficiência na conversão de energia de 12% para a luz incidente verticalmente, mas ainda maior sob ângulos de incidência muito elevados, o que aumenta bastante o rendimento geral da célula solar ao permitir capturar a luz do Sol quando ele está baixo no horizonte.

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Bibliografia:

Flower Power: Exploiting Plants' Epidermal Structures for Enhanced Light Harvesting in Thin-Film Solar Cells
Ruben Hünig, Adrian Mertens, Moritz Stephan, Alexander Schulz, Benjamin Richter, Michael Hetterich, Michael Powalla, Uli Lemmer, Alexander Colsmann, Guillaume Gomard
Advanced Optical Materials
DOI: 10.1002/adom.201600046