Novos desenvolvimentos em células fotovoltaicas

A conversão de energia solar em electricidade pode ser uma das soluções para a crise energética que o mundo enfrenta. O elevado preço (e o consumo de energia) associado à obtenção do silício utilizado nas células convencionais impede uma maior contribuição da energia fotovoltaica na produção de energia. Embora existam outras alternativas, as células solares de plástico, OPVs, de que falou o Luís Alcácer, que podem ser fabricadas a baixo custo (também a nível energético), são actualmente as mais promissoras.

De facto, a facilidade de processamento de polímeros, quando comparada com a dos tradicionais semicondutores inorgânicos, apresenta como atractivo o desenvolvimento de técnicas de custo reduzido para aplicações que requerem semicondutores de hiato no vísivel. Como vimos, a aplicação de polímeros conjugados em diodos orgânicos emissores de luz, PLEDS, já se encontra na fase de fabrico industrial de baixo custo.

É aliciante pensar em elementos fotovoltaicos baseados em filmes finos de plástico. A flexibilidade de desenhar polímeros que apresentam as propriedades que se queiram para além da tecnologia barata já bem desenvolvida para todos os tipos de filmes plásticos tornaria essa aplicação um sucesso. A flexibilidade mecânica de materiais plásticos seria bem-vinda para integração arquitectónica, nomeadamente em superfícies curvas inacessíveis às tecnologias assentes nos materiais inorgânicos tradicionais.

Assim, não é supreendente que exista um esforço de investigação significativo no desenvolvimento de OPVs. No entanto, é ainda comparativamente inferior o desempenho de dispositivos fotovoltaicos que utilizam um polímero conjugado para absorção de radiação, devido a um baixo rendimento de fotogeração, uma recombinação radiativa considerável e baixa mobilidade dos portadores de carga.

As eficiências de conversão da energia solar, PCE, de todas as OPVS referidas na literatura são muito baixas quando comparadas com as células fotovoltaicas inorgânicas. Uma eficiência fotovoltaica elevada requer uma absorção de luz eficiente e um bom transporte de cargas. Os polímeros apresentam uma mobilidade de cargas muito menor que os seus equivalentes inorgânicos para além de o seus espectro (a parte da luz absorvida) não coincidir com o espectro da luz solar. As mais eficientes, que assentam na utilização de misturas de polímeros com derivados do fullereno, C60, apresentam PCEs à volta de 6%, o que não as torna atractivas para comercialização embora a tecnologia mais barata envolvida e a possibilidade de fabricação de áreas muito grandes sejam um ponto a favor das OPVs para algumas aplicações, como esta tinta de revestimento de superfícies metálicas.

Outra alternativa inorgânica às células de silício figurou no número de Fevereiro da Chemistry World. O artigo «First sales for 'world's cheapest solar cells’» dava conta das primeiras vendas para o público em geral das células fotovoltaicas que os seus fabricantes prometem revolucionar esta área das energias renováveis.

Uma empresa americana, a Nanosolar anunciou a produção comercial das suas células de filme fino baseadas numa tinta de um semicondutor ultrafino e muito durável (segundo indicações da Nanosolar, poderá ser usado durante 25 anos). Este semicondutor inorgânico, designado CIGS (acrónimo de Copper Indium Gallium Diselenide, diselenieto de cobre índio e gálio ) apresenta vantagens radicais quer no processo de fabrico de painéis solares quer no próprio rendimento e custo de produção.

Os painéis solares produzidos são revestidos com uma mistura homogénea de nanoparticulas dos vários componentes da tinta o que garante uma deposição uniforme na extensão de área que se desejar. O revestimento é posteriormente aquecido o que produz um filme fino e contínuo. Os painéis assim produzidos apresentam uma PCE de 19,5% a um custo de apenas 13 cêntimos de dólar por cada Watt produzido (entre 1/10 a 1/5 do custo possível com as células inorgânicas convencionais). O processo de produção é rápido e possibilita um menor desperdício de material, já que se trata de uma tinta que pode ser distribuída por vários tipos de suporte com formas sortidas.

(A tinta CIGS «Copper Indium Gallium Diselenide» da Nanosolar)

O problema com estas células, que até agora parecem ideais, reside no facto de que o índio é um elemento muito pouco abundante na Terra e é extensivamente usado em muitas outras aplicações. Isto é, o índio, o componente fulcral destas células, é um elemento muito raro e dispendioso (custa actualmente cerca de 500 euros/kg) e se o preço a que estas células fotovoltaicas conseguem produzir energia eléctrica é muito atraente, a perspectiva de uma utilização massiva que esgotaria as nossas reservas de índio ensombra este anúncio.