Em abril de 2014, utilizando um compósito especial contendo quantum dots, a colaboração ítalo-americana demonstrou o primeiro exemplo de um concentrador solar luminescente de elevada área, livre de perdas de luz por reabsorção pelas nanopartículas. Isto representou um avanço fundamental com relação à tecnologia anterior, a qual era baseada em emissores orgânicos que apenas permitia a construção de concentradores com a dimensão de poucos centímetros. Entretanto, os quantum dots utilizados no primeiro protótipo não eram apropriados para aplicações reais, uma vez eram baseados em cádmio – um metal pesado tóxico – e era apenas capaz de absorver uma pequena porção da luz solar. Tal situação acarretava numa eficiência de captura de luz limitada e uma intensa coloração amarelo/avermelhada dos concentradores, o que atrapalhava sua utilização em ambientes residenciais.

Klimov, diretor da CASP, explicou como o atual dispositivo solucionou o problema da cor: “Nossos novos dispositivos utilizam quantum dots com uma complexa composição, a qual inclui cobre (Cu), índio (In), selênio (Se) e enxofre (S). Esta composição é usualmente abreviada como CISeS. É importante também destacar que estas partículas não contém qualquer metal tóxico, os quais são tipicamente utilizados nos CSLs anteriores”.

“Além disso”, pontua Klimov, “os quantum dots CISeS fornecem uma cobertura uniforme de todo o espectro solar, o que gera uma tonalidade neutra na janela, sem introduzir qualquer distorção nas cores visíveis. Adicionalmente, sua emissão no infravermelho próximo é invisível ao olho humano e, ao mesmo tempo, idealmente adequada para a maioria das células solares baseadas em silício”.

Francesco Meinardi, professor de física na UNIMIB, descreveu este trabalho inovador, destacando: “para esta tecnologia deixar os laboratórios de pesquisa e alcançar seu potencial total em arquitetura sustentável, foi necessário desenvolver concentradores não-tóxicos capazes de capturar todo o espectro solar”. “Nós ainda devemos preservar a capacidade de transmitir a luminescência sem perdas por reabsorção, além de manter uma elevada eficiência fotovoltaica em dimensões compatíveis com as janelas reais. A questão estética também é fator de importância crucial de uma tecnologia em desenvolvimento”, disse Meinardi. Hunter McDaniel, ex-pesquisador de pós-doutorado do Los Alamos CASP e atualmente um empresário na área de quantum dots (fundador e presidente da empresa UbiQD), complementou: “com uma nova classe de quantum dots de CISeS de baixo custo e toxicidade, nós superamos alguns dos maiores obstáculos para o desenvolvimento comercial desta tecnologia”.

“Um dos problemas remanescentes é a diminuição dos custos, mesmo sendo este material significativamente mais viável para produção que os outros quantum dots utilizados nos CSL anteriores”, disse McDaniel. O ponto central deste trabalho é um procedimento comparado com o método industrial de revestimento utilizado para a fabricação de janelas poliméricas com elevada qualidade óptica. Isto envolve um novo protocolo da UNIMIB para o encapsulamento de quantum dots em uma matriz polimérica de elevada transparência e qualidade óptica. O polímero utilizado neste estudo é o polilaurilmetacrilato reticulado, que pertence à família dos polímeros acrílicos. Suas cadeias laterais longas previnem a aglomeração dos quantum dots e fornecem um ambiente químico “amigável”, similar à suspensão coloidal original. Isto permite preservar as propriedades de emissão de luz dos quantum dots mesmo quando encapsulados no polímero.

Sergio Brovelli, pesquisador responsável pela equipe italiana, conclui: “A tecnologia de janelas solares com quantum dots, a qual nós demonstramos a viabilidade somente há um ano atrás, agora se torna uma realidade que pode ser transferida para a indústria em um curto/médio prazo, nos permitindo converter não somente os telhados, como nós fazemos atualmente, mas todas as estruturas das construções urbanas, incluindo as janelas, em geradores de energia solar”. “Isto é especialmente importante em áreas urbanas densamente povoadas onde a superfície de telhados é muito pequena para coletar toda a energia necessária para as operações do edifício”, disse ele.

Segundo as estimativas das equipe a substituição dos vidros de um arranha-céu como o One World Trade Center em Nova Iorque, EUA (72 mil metros quadrados divididos em 12 mil janelas) com essa tecnologia, possibilitaria gerar energia suficiente para sustentar 350 apartamentos. “Além destes aspectos importantíssimos, também haveria um menor gasto de energia devido ao menor uso de aparelhos de ar condicionado graças ao efeito de filtro dos CSL, que permite diminuir o calor nos espaços internos provocado pela luz solar e, assim, permitir que esta tecnologia tenha potencial para termos cidades com “consumo zero” de energia, disse Brovelli.

Los Alamos National Laboratory (Tradução - MBS).


Nota do Scientific Editor - O artigo que originou esta notícia de título: "Highly efficient large-area colourless luminescent solar concentrators using heavy-metal-free colloidal quantum dots", de autoria de Francesco Meinardi, Hunter McDaniel, Francesco Carulli, Annalisa Colombo, Kirill A. Velizhanin, Nikolay S. Makarov, Roberto Simonutti, Victor I. Klimov and Sergio Brovelli, foi publicado, on line, no periódico Nature Nanotechnology, 2015, DOI: 10.1038/nnano.2015.178.


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Novidade na área de energia fotovoltaica: quantum-dots podem levar à produção de células solares com maiores performances.


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