Janelas luminescentes geram energia com luz dentro e de fora

Núcleos de polímero redirecionam luz de qualquer fonte para células solares

Engenheiros da Rice University sugeriram uma solução colorida para a coleta de energia da próxima geração: concentradores solares luminescentes (LSCs) em suas janelas.

Liderada por Rafael Verduzco e o pesquisador de pós-doutorado e autor principal Yilin Li, da Brown School of Engineering de Rice, a equipe projetou e construiu “janelas” de pés quadrados que encaixam um polímero conjugado entre dois painéis de acrílico transparente.

Essa fina camada do meio é o molho secreto. Ele é projetado para absorver a luz em um comprimento de onda específico e guiá-la para as bordas do painel revestidas com células solares. Polímeros conjugados são compostos químicos que podem ser ajustados com propriedades químicas ou físicas específicas para uma variedade de aplicações, como filmes condutores ou sensores para dispositivos biomédicos.

O composto de polímero do laboratório Rice é chamado de PNV (para poli [naftaleno-alt-vinileno]) e absorve e emite luz vermelha, mas o ajuste dos ingredientes moleculares deve torná-lo capaz de absorver luz em uma variedade de cores. O truque é que, como um guia de ondas, ele aceita a luz de qualquer direção, mas restringe como ela sai, concentrando-a nas células solares que a convertem em eletricidade.

“A motivação para esta pesquisa é resolver problemas de energia para edifícios por meio de energia fotovoltaica integrada”, disse Li, que iniciou o projeto como parte de uma competição de “vidro inteligente”. “No momento, os telhados solares são a solução principal, mas você precisa orientá-los em direção ao sol para maximizar sua eficiência, e sua aparência não é muito agradável.

“Nós pensamos, por que não podemos fazer coletores solares coloridos, transparentes ou translúcidos e aplicá-los na parte externa dos edifícios?” ele disse.

O estudo foi publicado na revista Polymer International.

É certo que a quantidade de suco gerada pelas unidades de teste da equipe do Rice é muito menor do que a coletada até mesmo pelas células solares comerciais médias, que normalmente convertem cerca de 20% da luz solar em eletricidade.

O pesquisador de pós-doutorado da Rice University, Yilin Li, mostra uma vidraça brilhante com um centro de polímero conjugado que serve como um guia de ondas, enviando certas frequências de luz para as bordas, onde pode ser absorvida pelas células solares. Cortesia de Yilin Li

Mas as janelas LSC nunca param de funcionar. Eles alegremente reciclam a luz de dentro do prédio em eletricidade quando o sol se põe. Na verdade, os testes mostraram que eles eram mais eficientes na conversão da luz ambiente dos LEDs do que da luz solar direta, embora a luz solar fosse 100 vezes mais forte.

“Mesmo em ambientes fechados, se você segurar um painel, poderá ver uma fotoluminescência muito forte na borda”, disse Li, demonstrando. Os painéis que ele testou mostraram uma eficiência de conversão de energia de até 2,9% sob luz solar direta e 3,6% sob luz LED ambiente.

Vários tipos de luminóforos foram desenvolvidos na última década, mas raramente com polímeros conjugados, segundo Verduzco.

“Parte do problema com o uso de polímeros conjugados para esta aplicação é que eles podem ser instáveis ​​e se degradar rapidamente”, disse Verduzco, professor de engenharia química e biomolecular e de ciência de materiais e nanoengenharia. “Mas aprendemos muito sobre como melhorar a estabilidade dos polímeros conjugados nos últimos anos e, no futuro, podemos projetar os polímeros para estabilidade e propriedades ópticas desejadas.”

O laboratório também simulou o retorno de energia de painéis de até 120 polegadas quadradas. Eles relataram que esses painéis forneceriam um pouco menos energia, mas ainda assim contribuiriam para as necessidades de uma casa.

Li observou que o polímero também pode ser ajustado para converter a energia da luz infravermelha e ultravioleta, permitindo que esses painéis permaneçam transparentes.

“Os polímeros podem até ser impressos em padrões nos painéis, para que possam ser transformados em arte”, disse.

Fontes: