Células solares orgânicas
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| Uma das moléculas sintetizadas é um dos melhores semicondutores orgânicos já descobertos em termos de sua capacidade de condução de cargas elétricas.[Imagem: Sokolov et al./Nature] |
As células solares orgânicas podem revolucionar a geração de energia mundial, eventualmente passando de um mundo de gigantescas usinas para uma geração descentralizada.
Na medida que cada casa gere parte de sua energia, aproximando-se da auto-suficiência energética, os governos poderão passar a construir apenas usinas menores, regionais e até locais.
As células solares orgânicas são baratas, flexíveis e podem ser aplicadas em qualquer superfície, incluindo paredes, plásticos e até roupas. Elas podem até mesmo ser impressas por jato-de-tinta.
Mas ainda há desafios: elas não são tão eficientes quanto as células solares de silício, têm problemas de durabilidade e, algumas, usam compostos que todos gostaríamos de ver longe do meio-ambiente.
Se há desafios, contudo, há também agora uma luz bem clara iluminando o túnel.
Simulação molecular
Células solares orgânicas são feitas com moléculas orgânicas, ou seja, moléculas que têm carbono em sua estrutura.
Como os cientistas sabem muito sobre a química do carbono, tudo o que eles têm a fazer é descobrir moléculas que convertam fótons em elétrons de forma mais eficiente.
O desafio é que as combinações de elementos para formar essas moléculas são virtualmente infinitas. Então, é necessário uma forma de "montar" essas moléculas de forma virtual, simulando-as em computador, e analisando quais são mais promissoras para conversão fotovoltaica.
Esta foi justamente a ideia do químico Alán Aspuru-Guzik, da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos.
Ele construiu modelos computadorizados capazes de analisar moléculas orgânicas e identificar aquelas que se mostram mais promissoras como semicondutores.
Cientistas cidadãos
A equipe usou seus simuladores moleculares para analisar 2,3 milhões de moléculas candidatas a células solares. Os planos são de atingir 3,5 milhões de moléculas até 2012.
Os cálculos foram feitos com a ajuda de cientistas-cidadãos, que cedem o tempo ocioso de seus computadores para a rede World Community Grid, gerida pela IBM.
O conceito de cientista-cidadão, na forma de um pequeno programa que roda no tempo ocioso dos computadores pessoais, foi criado pelos idealizadores do Projeto SETI. Embora seu objetivo seja a busca por inteligências extraterrestres, o maior fruto de seu trabalho até agora foi demonstrar que, com a cooperação, podem surgir "inteligências novas" aqui na Terra mesmo.
Os primeiros resultados foram passados para uma equipe da Universidade de Stanford, que sintetizou algumas delas e demonstrou que os modelos estão funcionando bem: as moléculas são realmente semicondutoras e promissoras para serem usadas como células solares.
Na verdade, o primeiro estudo publicado a respeito revela que uma das moléculas sintetizadas é um dos melhores semicondutores orgânicos já descobertos em termos de sua capacidade de condução de cargas elétricas.
Realimentação do processo
O resultado publicado agora foi apenas um piloto, e a expectativa é que haja frutos melhores escondidos no meio da árvore.
Na verdade, o trabalho inicial com as 2,3 milhões de moléculas já resultou na seleção de 1.000 moléculas promissoras, que ainda precisarão ser sintetizadas.
Foram selecionadas moléculas com possibilidades de alcançarem uma eficiência na conversão de energia solar em energia elétrica de 10% ou mais - atualmente, as melhores células solares orgânicas têm uma eficiência de 9%.
Os cientistas planejam publicar as estruturas dessas moléculas teóricas, com suas características e propriedades principais, para ajudar os químicos experimentais a sintetizar cada uma delas. Ou, pelo menos, as mais viáveis.
Isso realimentará o processo, uma vez que os químicos no laboratório darão informações que permitirão que os químicos teóricos aprimorem seus modelos computadorizados, gerando novas seleções de moléculas ainda mais promissoras.
Projeto Energia Limpa
Em um esforço que poderá ganhar dimensões mundiais, o projeto do Dr. Aspuru-Guzik, chamado Projeto Energia Limpa, poderá finalmente produzir uma geração de células solares orgânicas de eficiência elevada.
Isso poderá representar, finalmente, um salto na tecnologia fotovoltaica, que vem andando a passos bem miúdos na última década.
Em 2010, o Dr. Aspuru-Guzik usou um computador quântico experimental para calcular a energia exata de uma molécula de hidrogênio.
Bibliografia:
From computational discovery to experimental characterization of a high hole mobility organic crystal
Anatoliy N. Sokolov, Sule Atahan-Evrenk, Rajib Mondal, Hylke B. Akkerman, Roel S. Sánchez-Carrera, Sergio Granados-Focil, Joshua Schrier, Stefan C.B. Mannsfeld, Arjan P. Zoombelt, Zhenan Bao, Alán Aspuru-Guzik
Nature Communications
16 August 2011
Vol.: Volume: 2, Article number: 437
DOI: 10.1038/ncomms1451
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