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Novo processo de fabricação de células solares orgânicas melhorou a durabilidade e triplicou a conversão de luz em energia elétrica neste tipo de célula, que é considerada por pesquisadores mais versátil que as convencionais
Por Rodrigo Choinski, da Ciência UFPR | A Universidade Federal do Paraná (UFPR) atingiu a marca de 100 patentes concedidas pelo Instituto Nacional de Propriedade Industrial (Inpi), o pedido registra uma nova técnica para produção de células solares orgânicas que demonstrou triplicar a eficiência na conversão da luz em eletricidade entre outras vantagens, como tornar as células mais duráveis.
Desde 2013, ano da primeira patente concedida à UFPR, diversas inovações ganharam registro, tendo sido fundamental a assessoria da Agência de Inovação da universidade, ligada à Superintendência de Parcerias e Inovação (Spin), que dá suporte aos pesquisadores para fazer os pedidos.
As patentes protegem os direitos de uso dos inventores que assim podem conceder o uso de suas inovações seja com a venda da patente ou a permissão para o uso em troca de royalties. No caso de patentes surgidas por meio de pesquisas na UFPR, os recursos retornam para a universidade.
Segundo a Agência, sete patentes de invenções geradas na universidade já estão sendo utilizadas comercialmente, gerando royalties para a universidade. Além das invenções, também estão tendo uso comercial seis cultivares de cana-de-açúcar registrados por meio da agência e um programa de computador, estes também resultando em retorno de recursos para a universidade.
Confira o portfólio completo de propriedade intelectual da Agência de Inovação – Spin.
Inovação torna células solares orgânicas mais duráveis e eficientes
O processo patenteado é aplicado na produção de um novo tipo de célula solar que é formada por filmes finos e flexíveis, criados camada à camada como uma impressão. Na produção, polímeros semicondutores, que dão o nome às células por serem compostos orgânicos, são evaporados e fixam-se em um substrato, formando um material flexível e semitransparente. A principal vantagem dessas células está no método de sua fabricação, que acontece em impressoras de rolo para rolo, que permite a produção de quilômetros de células por mês em substratos flexíveis.
Diferente das células fotovoltaicas convencionais, esse tipo de célula é muito mais versátil, dependendo menos do ângulo da incidência do sol, utilizando estruturas de suporte mais leves e podendo ser aplicadas de diversas formas, como em mobiliários urbanos, estufas, fachadas de prédios e até mesmo em mochilas e casacos.
A professora Lucimara Stolz Roman, do Departamento de Física da UFPR, que coordenou o estudo que levou à patente, explica que a produção desse tipo de material é bastante desafiadora. O filme é formado por meio da evaporação de uma solução que contém vários materiais semicondutores. Dependendo da maneira como o material seca e do tratamento térmico aplicado o filme terá uma morfologia diferente o que pode alterar suas propriedades óticas e elétricas, que afetam a geração de energia.
O processo patenteado descreve uma nova forma de fazer o filme, desenvolvida durante pesquisas com esse tipo de material no Grupo de Dispositivos Nanoestruturados da UFPR (DiNE). A nova técnica permite que após a secagem do filme seja possível fazer uma nova reação por meio de um tratamento térmico para torná-lo mais estável e durável, além de mais eficiente, como explica Roman:
“O processo que desenvolvemos em nosso laboratório em parceria com a UFRJ [Universidade Federal do Rio de Janeiro] consistiu em descobrir que um polímero semicondutor contendo um átomo de silício em sua cadeia polimérica combinado com uma molécula aceitadora de elétrons, o fulereno, poderia sofrer uma ligação química depois do filme feito. Foi possível demonstrar que essa reação química, ocorre através de um tratamento térmico após a deposição do filme, após evaporação do solvente. Isso traz vantagens para a fabricação de camadas ativas com processamento pós deposição, é um processo ao final de todas etapas”.
Roman explica que o processo que permitiu essa nova ligação química entre os materiais trouxe estabilidade à morfologia dos componentes do filme fino, impedindo que com o passar do tempo ocorra a segregação de fases do material. Esse processo de degradação altera a estrutura do filme, que é constituído por duas camadas (fases), quando a luz passa por eles, ela é absorvida levando a um aumento de energia e fazendo com que elétrons de uma camada passe para a outra, gerando assim a corrente elétrica. Estas camadas devem estar muito próximas formando um material homogêneo, a segregação é quando essas camadas se separam, o que impede que esse processo aconteça, arruinando o material.
Além de atuar na durabilidade dos filmes o processo também melhorou a eficiência na conversão luminosa em elétrica. “No sistema evidenciado como prova de conceito na carta de patente, a célula solar triplicou sua eficiência de conversão luminosa com essa etapa”, conclui a pesquisadora.
A principal desvantagem das células orgânicas reside na sua durabilidade e eficiência, menor do que as convencionais. E o novo método patenteado é um exemplo de como as pesquisas estão atuando para resolver estes problemas.
As pesquisas envolvendo os processos de fabricação de células solares orgânicas vêm sendo feitas na UFPR desde o início das atividades do DiNE em 2004. Segundo Roman, o número de materiais disponíveis para a pesquisa vem crescendo com os anos e os processos usados com um material não funcionam com outros.
“São centenas de semicondutores orgânicos, moléculas e polímeros, sintetizados para a eletrônica flexível. A nanoestrutura é fundamental para o transporte dos elétrons nos materiais, e dela vem as propriedades macroscópicas de condutividade eletrônica e transparência óptica. E como a nanoestrutura depende majoritariamente das tintas envolvidas e no processo de deposição e secagem dos filmes finos, o estudo consistente de materiais, tintas, solventes e processos são parte integrante para alcançar inovações incrementais nos processos usados atualmente”, explica.
No futuro próximo as células orgânicas devem ser mais baratas, duráveis e eficientes, tornando a energia solar muito mais acessível. “Essa tecnologia está em desenvolvimento e neste aspecto é muito gratificante poder trabalhar para as células do presente e futuro”, revela Roman.
Como é o processo de concessão de uma patente?
O diretor da Agência de Inovação, Pedro Henrique Gonzalez de Cademartori, explica que todo o processo começa com uma ideia, em geral a partir de um projeto de pesquisa que envolve a geração de um produto ou processo que possa ser uma invenção ou um modelo de utilidade – quando se aperfeiçoa um produto ou processo já existente.
A partir disso, começa o trabalho em parceria com a agência que vai ajudar a verificar os critérios para patenteabilidade. O primeiro passo é fazer uma busca de anterioridade, para que, caso a tecnologia desenvolvida realmente se caracterize como invenção, uma série de documentos técnicos sejam elaborados para descrever a invenção de uma maneira específica para fazer o pedido.
Os documentos então são submetidos para avaliação do Inpi, órgão governamental responsável pelo registro de propriedade intelectual no Brasil. Após a avaliação, o instituto concede a patente se considerar que todos os critérios foram cumpridos que são: novidade, atividade inventiva e aplicação industrial.
Com a patente em mãos, Cademartori explica que a inovação está pronta para ser transferida para a sociedade. Além da 100ª patente, já podemos contar com a patente número 101 da UFPR, intitulada “Disposição construtiva de ambiente multifuncional sistêmico para interior de modais de transporte” com os inventores Viviane Gaspar Ribas El Marghani, Liriane Knapik e Renata Ribeiro Neves da Costa.
Este texto foi originalmente publicado por Ciência UFPR de acordo com a licença Creative Commons CC-BY-NC-ND. Leia o original. Este artigo não necessariamente representa a opinião do Portal eCycle.
