Fotovoltaico orgânico: primeiros produtos devem chegar ao mercado em 2018

Em fase pré-industrial, células solares orgânicas são flexíveis, leves, coloridas e de baixo custo de fabricação

Sensíveis à umidade e ao oxigênio, os materiais usados em OPV devem ser manipulados com extremo cuidado (FOTO: Tom Baerwald/Heliatek GmbH)

www.pv-magazine.com/news/details/beitrag/heliatek-achieves-107-percent-opv-efficiency-to-begin-module-production-this-year

Cobrindo fachadas, painéis publicitários, carros e trens; melhorando a autonomia de computadores e telefones celulares; equipando mochilas para energizar aparelhos portáteis... 

O fotovoltaico orgânico (OPV, na sigla em inglês), tem potencial para múltiplas aplicações, seja como sistema não conectado ou embarcado.

A tecnologia de OPV utiliza moléculas semicondutoras derivadas do carbono – depositadas sobre um suporte de vidro ou plástico – para formar painéis que produzem eletricidade pela conversão direta da luz solar. 

Os componentes básicos das células solares orgânicas são oligômeros (pequenas moléculas) ou polímeros (grandes moléculas). Os primeiros podem ser depositados a seco (evaporação a vácuo) ou por jatos de tinta. Os segundos, mais pesados, são depositados no substrato apenas por via úmida. 

Considerada por especialistas como o futuro do fotovoltaico, OPV é a chamada tecnologia de 3ª geração, de maior abrangência e menor impacto ambiental do que os painéis à base de filme fino – CdTe, CIGS e silício amorfo, principalmente – de 2ª geração, ou de silício mono e poli cristalino (1ª geração). 

Esquema das três gerações de tecnologia fotovoltaica (c-Si: silício cristalino; a-Si: silício amorfo; mc-Si: micro silício cristalino; CIGS: cobre-índio-galio-selênio; CdTe: telureto de cadmio)

Adaptado de http://www.heliatek.com/technologie/organische-photovoltaik/?lang=en

Uma das principais vantagens das células OPV é a simplicidade e o baixo custo de fabricação. Seus componentes contêm elementos encontrados em abundância e facilmente recicláveis, como carbono, hidrogênio, oxigênio e azoto. 

Tais elementos são depositados em uma ou várias camadas bem finas – perfazendo uma centena de nanômetros de espessura – usando técnicas relativamente simples, com baixo consumo de energia, já que não requerem temperatura elevada. 

Tanto o processo de fabricação – principalmente a impressão rotativa roll-to-roll – quanto os materiais empregados no OPV geram baixo impacto ambiental em relação às células fotovoltaicas de silício. 

Finos e macios, os substratos utilizados (plásticos transparentes) permitem obter painéis leves e flexíveis, que podem ser instalados sobre superfícies planas ou curvas sem causar sobrepeso. 

Outra vantagem da célula orgânica é a variedade de cores com as quais ela pode ser produzida. As mais comuns atualmente são as vermelhas, azuis ou verdes, mas a pesquisa avança em busca de novas cores. 

A pesquisa em OPV começou nos anos 90, mas a tecnologia ainda se encontra em estágio de pré-industrialização. Dois fatores limitantes impedem sua competitividade com as células de silício: o baixo rendimento e a curta durabilidade. 

O rendimento de painéis OPV se situa entre 3 e 5%, e sua vida útil, entre 3 e 5 anos (as moléculas utilizadas são altamente sensíveis ao vapor d’água e ao oxigênio). 

No início do ano, a empresa alemã Heliatek produziu uma célula (de 1,1 cm2) com rendimento em laboratório de 12%. Até o final do ano, a Heliatek pretende desenvolver painéis OPV com 6% de eficiência e durabilidade de 10 anos (com perda de rendimento de 20%) e, ao final de 2014, espera estender a vida útil dos painéis para 20 anos. 

Uma solução híbrida vem sendo desenvolvida por um dos precursores das células solares de plástico, o químico suíço Michael Grätzel, para garantir OPV com estabilidade maior e rendimento mais alto. 

São as chamadas “células solares estabilizadas por corante” (DSSC, em inglês), constituídas de uma mescla entre uma tintura organometálica e um eletrólito líquido.

Michael Grätzel, com seu protótipo de painel solar à base de células DSSC, que apresentou rendimento de 15%; resultados publicados na Nature.

http://www.lacote.ch/fr/regions/vaud/epfl-la-cellule-solaire-gratzel-egale-celle-au-silicium-2138-1201484

A pesquisa coordenada por Grätzel, na Escola Politécnica Federal de Lausanne, visa obter colorantes isentos de metais e substituir o eletrólito líquido por polímeros orgânicos, de modo a garantir um melhor encapsulamento das células e, assim, maior resistência à corrosão. Pode-se dizer que as células DSSC tendem a se tornar 100% orgânicas. 

Grätzel e sua equipe construíram um protótipo de painel fotovoltaico DSSC com rendimento de 15% (foto), valor bem mais próximo daqueles de painéis à base de silício e disponíveis no mercado, que chegam a 20%. 

Ao contrário das demais tecnologias, OPV ou “fotovoltaico de terceira geração” produz eletricidade, mesmo com incidência solar apenas difusa (em dias de céu totalmente nublado). 

Além disso, o rendimento de conversão fotovoltaica do OPV aumenta com a elevação da temperatura, o que o torna particularmente adequado para uso em fachadas de edificações energeticamente autônomas.

Com tamanho potencial de uso diversificado e em larga escala, produtos com tecnologia OPV devem chegar ao mercado em 5 anos, para ocupar espaços não atendidos pelas tecnologias tradicionais de silício ou de filme fino à base de outros compostos. 

Fonte: Le Journal des Énergies Renouvelables Nº 216 13, julho-agosto 2013