{"id":9146,"date":"2021-01-30T17:30:24","date_gmt":"2021-01-30T20:30:24","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/?p=9146"},"modified":"2021-02-08T19:06:12","modified_gmt":"2021-02-08T22:06:12","slug":"artigo-em-destaque-eletrodos-mais-baratos-e-eficientes-para-celulas-solares-organicas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-eletrodos-mais-baratos-e-eficientes-para-celulas-solares-organicas\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Eletrodos mais baratos e eficientes para c\u00e9lulas solares org\u00e2nicas."},"content":{"rendered":"

\"C\u00e9lula
C\u00e9lula solar org\u00e2nica produzida com o material estudado neste trabalho (GO:PEDOT:PSS).<\/figcaption><\/figure><\/p>\n

S\u00e3o leves, finas e flex\u00edveis. Podem ser fabricadas em escala industrial usando processos simples e de baixo custo. As c\u00e9lulas solares org\u00e2nicas t\u00eam v\u00e1rias vantagens e apelos, mas ainda oferecem v\u00e1rios desafios aos pesquisadores, principalmente na \u00e1rea de materiais. Esses dispositivos que transformam luz solar em eletricidade devem seu nome ao uso de materiais org\u00e2nicos (pol\u00edmeros ou mol\u00e9culas baseadas em carbono) na camada ativa, que \u00e9 a respons\u00e1vel pela absor\u00e7\u00e3o de luz. Mas as outras camadas do \u201csandu\u00edche\u201d que constitui uma c\u00e9lula solar org\u00e2nica tamb\u00e9m s\u00e3o muito importantes, principalmente os eletrodos, respons\u00e1veis por coletar as cargas el\u00e9tricas geradas pela a\u00e7\u00e3o da luz.<\/p>\n

No Brasil, tr\u00eas grupos de pesquisadores uniram suas compet\u00eancias e desenvolveram uma pesquisa colaborativa que trouxe uma importante contribui\u00e7\u00e3o ao desenvolvimento de materiais para eletrodos de c\u00e9lulas solares org\u00e2nicas. Recentemente publicado, o trabalho foi coordenado pela cientista Maria Luiza M. Rocco<\/a>, professora do Instituto de Qu\u00edmica da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).<\/p>\n

C\u00e9lulas solares org\u00e2nicas precisam de eletrodos que, al\u00e9m de serem bons condutores das cargas el\u00e9tricas, sejam transparentes para permitir a passagem de luz at\u00e9 a camada ativa, como se fossem janelas. Infelizmente, s\u00e3o poucos os materiais que re\u00fanem boa condutividade e transpar\u00eancia. Um deles \u00e9 o \u00f3xido de estanho e \u00edndio (conhecido pela sigla ITO). Depositado em forma de filme fino sobre um substrato de vidro, o ITO constitui, at\u00e9 o momento, o eletrodo mais utilizado em c\u00e9lulas solares org\u00e2nicas, al\u00e9m de ser amplamente usado em telas de eletr\u00f4nicos e outros dispositivos que est\u00e3o no mercado. \u201cEm m\u00e9dio prazo, esse eletrodo padr\u00e3o precisar\u00e1 ser substitu\u00eddo, e muitos s\u00e3o os esfor\u00e7os dos cientistas para substitu\u00ed-lo com efic\u00e1cia\u201d, comenta a professora Maria Luiza. De fato, o processo de produ\u00e7\u00e3o dos filmes de ITO \u00e9 caro, e o \u00edndio \u00e9 um material escasso na crosta terrestre. Al\u00e9m disso, esses eletrodos n\u00e3o s\u00e3o totalmente flex\u00edveis.<\/p>\n

\"Representa\u00e7\u00e3o
Camadas\u00a0de uma c\u00e9lula solar org\u00e2nica com o eletrodo estudado pela equipe brasileira.<\/figcaption><\/figure>\n

At\u00e9 o momento, a principal alternativa ao ITO \u00e9 o PEDOT:PSS, mistura de pol\u00edmeros que permite fabricar filmes condutores e transparentes. Ao combinar esse material com \u00f3xido de grafeno (GO), \u00e9 poss\u00edvel obter um material comp\u00f3sito com condutividade superior \u00e0 do pol\u00edmero puro. E a condutividade pode aumentar ainda mais por meio de tratamentos realizados no material. Al\u00e9m disso, os filmes de GO:PEDOT:PSS se adaptam a um sistema muito adequado para a produ\u00e7\u00e3o de c\u00e9lulas solares org\u00e2nicas em escala industrial, o rolo-a-rolo. Nesse sistema, as diversas camadas s\u00e3o impressas ou depositadas sobre um substrato flex\u00edvel (por exemplo, de pl\u00e1stico). O substrato fica enrolado no in\u00edcio da linha de produ\u00e7\u00e3o, vai desenrolando para receber as camadas e forma um novo rolo no final, com o material quase pronto para ser usado como painel solar.<\/p>\n

An\u00e1lise detalhada<\/strong><\/p>\n

\"Solu\u00e7\u00f5es
Solu\u00e7\u00f5es \u00e0 base de \u00e1gua usadas para preparar os filmes com diferentes concentra\u00e7\u00f5es de PEDOT.<\/figcaption><\/figure>\n

No trabalho coordenado pela professora Maria Luiza, a equipe realizou um estudo sistem\u00e1tico de diferentes filmes, usando t\u00e9cnicas espectrosc\u00f3picas. Foram analisadas amostras de PEDOT:PSS puro e de \u00f3xido de grafeno com diferentes propor\u00e7\u00f5es de PEDOT:PSS (1, 5 e 10%). Al\u00e9m disso, amostras de cada um desses grupos foram resfriadas a -196\u00b0C (temperatura de nitrog\u00eanio l\u00edquido) at\u00e9 atingir o equil\u00edbrio t\u00e9rmico e depois devolvidas \u00e0 temperatura ambiente.<\/p>\n

O objetivo foi compreender a rela\u00e7\u00e3o entre a estrutura e propriedades de cada um dos filmes, e avaliar qual das combina\u00e7\u00f5es permitiria uma maior mobilidade dos el\u00e9trons e, portanto, um melhor desempenho do material como eletrodo de c\u00e9lulas solares org\u00e2nicas.<\/p>\n

Inicialmente, o \u00f3xido de grafeno foi sintetizado pelo Grupo de Qu\u00edmica de Materiais da Universidade Federal do Paran\u00e1 (UFPR), liderado pelo professor Aldo J. G. Zarbin<\/a>. Em seguida, membros do Laborat\u00f3rio de Dispositivos Nanoestruturados, tamb\u00e9m da UFPR, desenvolveram as misturas, prepararam os filmes e estudaram as propriedades \u00f3pticas, el\u00e9tricas e de tratamento t\u00e9rmico, sob coordena\u00e7\u00e3o da professora Lucimara S. Roman<\/a>. Finalmente, o grupo da professora Maria Luiza M. Rocco, da UFRJ, realizou os estudos espectrosc\u00f3picos no Laborat\u00f3rio Multiusu\u00e1rio de Espectroscopia de Fotoel\u00e9trons da UFRJ e no Laborat\u00f3rio Nacional de Luz S\u00edncrotron (LNLS) do CNPEM.\u00a0O\u00a0projeto tamb\u00e9m teve o apoio de representante do CSEM Brasil<\/a>.<\/p>\n

\u201cA possibilidade de utiliza\u00e7\u00e3o da luz s\u00edncrotron foi fundamental para a compreens\u00e3o das propriedades eletr\u00f4nicas, morfol\u00f3gicas e de transporte desses novos materiais a serem empregados como eletrodos em dispositivos optoeletr\u00f4nicos\u201d, comenta a professora Maria Luiza. Os estudos espectrosc\u00f3picos inclu\u00edram a an\u00e1lise diferenciada da superf\u00edcie e do volume (bulk<\/em>) dos filmes, mostrando caracter\u00edsticas diferentes em cada regi\u00e3o das amostras.<\/p>\n

A pesquisa demonstrou que as amostras de \u00f3xido de grafeno com 5% de PEDOT:PSS resfriadas teriam o melhor desempenho como eletrodos de c\u00e9lulas solares. \u201cA introdu\u00e7\u00e3o de um material isolante (GO) em um condutor (PEDOT:PSS) p\u00f4de aumentar a condutividade deste \u00faltimo em duas ordens de grandeza\u201d, revela a professora Maria Luiza. Mais barato que o PEDOT, o \u00f3xido de grafeno usado nos eletrodos diminuiria o custo dos dispositivos. O tratamento t\u00e9rmico realizado tamb\u00e9m ajudou a melhorar a condutividade do material, ao organizar as mol\u00e9culas de um modo que facilita o deslocamento dos el\u00e9trons.<\/p>\n

O trabalho faz parte da pesquisa de doutorado em Qu\u00edmica de Soheila Holakoei<\/a>, defendido pela UFRJ em 2019, que contou com a orienta\u00e7\u00e3o da professora Maria Luiza. O estudo recebeu financiamento do LNLS-CNPEM e das ag\u00eancias brasileiras Faperj (Rio de Janeiro), CNPq, CAPES e Finep.<\/p>\n

\"Autores
Autores do artigo. Acima: Soheila Holakoei, Amanda Garcez Veiga, C\u00e1ssia Curan Turci e Matheus Felipe Fagundes das Neves. Abaixo: Luana Wouk, Jo\u00e3o Paulo V. Damasceno, Aldo J. G. Zarbin, Lucimara S. Roman e Maria Luiza M. Rocco.<\/figcaption><\/figure>\n
\n

Refer\u00eancia do artigo:\u00a0<\/strong>Conformational and Electron Dynamics Changes Induced by Cooling Treatment on GO:PEDOT:PSS Transparent Electrodes. <\/em>Soheila Holakoei, Amanda Garcez Veiga, C\u00e1ssia Curan Turci, Matheus Felipe Fagundes das Neves, Luana Wouk, Jo\u00e3o Paulo V. Damasceno, Aldo J. G. Zarbin, Lucimara S. Roman, and Maria Luiza M. Rocco. <\/strong>The Journal of Physical Chemistry C. 2020 124(49), 26640-26647. <\/strong>DOI: 10.1021\/acs.jpcc.0c07827<\/a><\/p>\n

Contato da autora correspondente do artigo: <\/strong>Maria Luiza M. Rocco – luiza@iq.ufrj.br.<\/p>\n

\n

 <\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

S\u00e3o leves, finas e flex\u00edveis. Podem ser fabricadas em escala industrial usando processos simples e de baixo custo. As c\u00e9lulas solares org\u00e2nicas t\u00eam v\u00e1rias vantagens e apelos, mas ainda oferecem v\u00e1rios desafios aos pesquisadores, principalmente na \u00e1rea de materiais. Esses dispositivos que transformam luz solar em eletricidade devem seu nome ao uso de materiais org\u00e2nicos […]<\/p>\n","protected":false},"author":4,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[6],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/9146"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/users\/4"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=9146"}],"version-history":[{"count":5,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/9146\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":9174,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/9146\/revisions\/9174"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=9146"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=9146"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=9146"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}