Pesquisadores da Universidade de Tecnologia da Silésia na Polônia investigaram o aprimoramento do desempenho do módulo fotovoltaico usando concentradores de corantes, descobrindo que seu uso poderia resultar em um aumento de eficiência variando de 0,05% a 1,42%.
Os cientistas explicaram que os corantes utilizados para seus concentradores têm um conjunto diferente de requisitos em comparação com aqueles usados em células solares sensibilizadas por corantes (DSSC), as células solares de película fina também conhecidas como células Grätzel, do nome de seu inventor, que convertem luz em eletricidade por meio de fotossensibilizadores. Os compostos de corantes DSSC absorvem luz e injetam elétrons em uma matriz de nanocristais de óxido, que são então coletados como corrente elétrica.
Os fotossensibilizadores são fixados à superfície de filmes de dióxido de titânio mesoporoso nanocristalino, que são saturados com eletrólitos redox-ativos ou um material sólido de transporte de carga. Todo o design visa gerar corrente elétrica movendo elétrons do fotossensibilizador para uma saída elétrica, como um dispositivo ou unidade de armazenamento.
“Os requisitos para corantes usados como concentradores não são tão rigorosos quanto aqueles para corantes usados em células DSSC”, explicaram os pesquisadores, observando que eles devem ter três propriedades principais: alta estabilidade, capacidade de focar a luz solar e usabilidade a longo prazo.
“Esses corantes são utilizados como elementos que concentram a radiação solar em uma célula de silício; eles não geram eletricidade por si próprios e, portanto, não precisam passar por uma série de reações químicas, exibir propriedades que permitam a conexão com a superfície do condutor ou possuir propriedades redox.”
Os cientistas usaram concentradores de corantes amarelos e vermelhos, luminescentes ou pigmentados, baseados em um vidro acrílico colorido e luminescente conhecido como polimetilmetacrilato (PMMA). Para seus testes, eles consideraram parâmetros como a temperatura da célula e a intensidade da iluminância.
“As células testadas mostraram um aumento médio de eficiência de 1,21% para PMMA luminescente vermelho, 0,25% para PMMA luminescente amarelo, 0,41% para PMMA pigmentado amarelo e 0,13% para PMMA pigmentado vermelho”, eles especificaram, observando que os concentradores desempenham um papel fundamental no aumento da corrente de curto-circuito da célula. “Durante os testes, o maior aumento na corrente de curto-circuito foi observado com PMMA luminescente vermelho e PMMA amarelo pigmentado.”
Eles também identificaram o concentrador baseado em PMMA luminescente vermelho como o de melhor desempenho entre todos os dispositivos testados. “Pode-se concluir que esta tecnologia tem potencial em relação ao aprimoramento da eficiência da célula solar, especialmente para países que vivenciam todas as quatro estações, com irradiação dispersa significativa durante o inverno”, eles concluíram.
A equipe explicou que os concentradores propostos são uma solução ótima para sistemas fotovoltaicos com uma grande área, bem como para regiões onde a luz natural é dispersa, pois podem operar sem irradiação direta.
A nova técnica foi introduzida no estudo “Enhancing the efficiency of photovoltaic cells through the usage of dye concentrators”, publicado na Frontiers in Energy Research. “O sistema testado foi analisado apenas em escala laboratorial. Ele tem potencial para ser usado em grandes usinas de energia”, disse o grupo referindo-se às direções futuras de seu trabalho.
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