Ou como uma brincadeira na hora do cafezinho resultou em um aperfeiçoamento na geração de energia solar
O astrônomo precisa passar a noite em claro? Café! A geneticista tem que ficar fazendo sequenciamentos até tarde da noite? Café! O professor universitário prepara e corrige provas até de madrugada? Café! Se tem uma coisa que não pode faltar em qualquer laboratório é café. É assim em qualquer lugar do mundo, em centros de pesquisa públicos e privados, como na Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA, Estados Unidos) e na Solargiga Energy (China). E foi justamente durante o café matinal de um laboratório da UCLA que surgiu uma ideia para turbinar as placas geradoras de energia solar.
Como conta Jingjing Xue ao TechXplore, seu colega Rui Wang fez a seguinte pergunta durante aquele café-da-manhã: “Se precisamos de café para turbinar nossa energia, será que as perovskitas também não precisam de café pra ter uma performance melhor?” Tanto Xue quanto Wang são pós-doutorandos e fazem parte de um grupo de pesquisas do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da UCLA, sob coordenação do Professor Yang Yang.
Mineral relativamente raro na crosta terrestre, a perovskita (ou óxido de cálcio e titânio, CaTiO3) também pode ser usada para fabricar painéis solares. Embora as placas de silício sejam mais comuns, as de perovskita tem vantagens como maior flexibilidade e menor custo de produção, já que podem ser fabricadas a partir de matérias-primas solúveis em vez de fundidas. O problema é que, graças à sua instabilidade térmica, o CaTiO3 tem um rendimento menor do que o silício na geração de energia elétrica a partir do sol.
Algumas tentativas de estabilizar a perovskita e melhorar seu desempenho com a adição de outras substâncias já foram realizadas. Um exemplo é o uso de dimetilsulfóxido [(CH3)2SO], um solvente industrial que não funcionou por muito tempo. A ideia de melhorar o rendimento da perovskita com cafeína não é tão absurda quanto parece à primeira vista.
O gracejo de Wang fez seus colegas lembrarem que a cafeína (1,3,7-trimetilxantina no jargão químico) é um composto alcaloide, cuja estrutura molecular poderia interagir com as estruturas da perovskita responsáveis pela captura de luz solar — mas, curiosamente, ninguém havia pensado em usar a cafeína onipresente nos laboratórios como “aditivo solar”. Ao perceber isso, a equipe da UCLA saiu do cantinho do café e levou a bebida para a bancada. OK, eles não devem ter feito isso mas arranjaram cafeína pura, que foi adicionada à camada de CaTiO3 de 40 células solares. Em seguida, realizaram uma espectroscopia em infravermelho para confirmar se a cafeína havia se ligado à perovskita.
Novas rodadas de espectroscopia fizeram os cientistas perceber que a interação se dava entre os grupos carbonila (um carbono em ligação dupla com o oxigênio) da cafeína e os íons de chumbo presentes nos cristais de perovskita. Essa interação diminuía o mínimo de energia para a camada fotovoltaica funcionar, elevando o rendimento da célula solar de 17% para cerca de 20%. O efeito manteve-se mesmo quando a placa era submetida a um aquecimento equivalente à exposição solar por longos períodos (mais precisamente, a uma temperatura de 85º. C durante 1300 horas).
Criador da ideia de cafeinar as placas solares, Wang conta que seus colegas ficaram surpresos com os resultados: “Durante nossa primeira tentativa de incorporar cafeína, nossas células solares de perovskita quase chegaram à eficiência mais elevada que alcançamos.” Esse resultado surpreendente, que contou com a colaboração de pesquisadores da empresa chinesa Solargiga Energy, foi publicado na edição de 25 de abril da revista Joule.
Embora ressalte que a descoberta pode não ser aplicável em todos os casos, Wang acredita que o combo cafeína+perovskita tem características positivas, como a alta cristalinidade e a boa estabilidade, que podem “potencialmente ter um papel na produção em larga escala das células solares de perovskita”. Em termos práticos, isso pode levar a painéis solares mais baratos e eficazes do que os de silício atualmente em uso. Antes disso, porém, Wang e seus colegas planejam aprofundar os estudos estruturais sobre a perovskita cafeinada e estão buscando o melhor material para proteger essa mistura. Quem sabe a próxima solução não surge numa pausa para o cafezinho?
Referência
Rui Wang et. al. Caffeine Improves the Performance and Thermal Stability of Perovskite Solar Cells [Cafeína melhora o desempenho e a estabilidade térmica de células solares de perovskita] Joule, 25 de abril de 2019. DOI: 10.1016/j.joule.2019.04.005
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