15/01/2026

O uso de nanopartículas de prata permite aumentar a eficiência na conversão de energia solar para elétrica em Células Solares Orgânicas (OSCs). A conclusão é de pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP, apresentada em artigo da revista científica ACS Omega. A pesquisa mostra que as nanopartículas, invisíveis a olho nu, facilitam o transporte de energia dentro do dispositivo, reduzindo perdas e dando mais durabilidade às células solares. O estudo foi realizado em parceria com um grupo de pesquisa da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR).
“As OSCs são dispositivos fotovoltaicos que utilizam materiais orgânicos, polímeros ou moléculas pequenas à base de carbono, como camada ativa para converter luz solar em eletricidade”, afirma ao Jornal da USP o professor Paulo Barbeitas Miranda, do IFSC, um dos pesquisadores que assina o artigo. “Neste trabalho, nós buscamos resolver um problema crítico: as perdas de energia que ocorrem na interface entre as camadas das células solares.”
Segundo o professor, de forma geral, nanopartículas metálicas atuam aumentando a absorção de luz por meio do efeito de ressonância plasmônica, que intensifica o campo elétrico local ao redor delas e, assim, podem gerar uma corrente maior. “Na nossa pesquisa, porém, o efeito principal não veio disso”, observa. “Como nossas nanopartículas são muito pequenas, e estão ‘nuas’, sem o recobrimento orgânico que serve de isolante elétrico, descobrimos que a melhoria ocorreu principalmente na interface entre a camada ativa e a que é responsável por transportar cargas positivas, chamadas de lacunas.”
“Para ilustrar, imagine essa interface como uma estrada cheia de buracos, colinas e vales. As nanopartículas funcionaram como um material de nivelamento, preenchendo essas irregularidades e tornando a estrada mais ‘plana’ e transitável”, explica Miranda. “Também graças às suas propriedades elétricas, elas ajudaram a evitar congestionamentos de carga ou situações em que algumas cargas simplesmente não conseguiam completar o caminho até o eletrodo.”
As nanopartículas de prata geralmente apresentam formato esférico, embora, dependendo de como são sintetizadas, possam ser obtidas em outras morfologias, como prismas ou bastonetes. “O tamanho típico varia de 10 a 100 nanômetros (nm), mas para aplicações fotovoltaicas costuma-se trabalhar em faixas controladas, por exemplo, de 20 a 50 nm, para não comprometer a transparência óptica”, descreve o professor. “Em nosso trabalho, além de termos feito a síntese do material obtido por um método considerado de baixo impacto ambiental, que é a ablação (vaporização) a laser em solução, obtivemos nanopartículas ainda menores, com tamanho médio abaixo dos 10 nm.”
“As nanopartículas foram sintetizadas de uma maneira que tornou possível depositá-las diretamente sobre uma das camadas da célula solar, sem necessidade de pré-tratamentos químicos ou em alta temperatura”, ressalta Miranda. “Em nosso caso, elas foram depositadas por spin coating (deposição giratória) devido ao processo em laboratório, mas isto também poderia facilmente ser feito com rolos, que é um método largamente utilizado na indústria para fabricação desses tipos de dispositivos.”
As nanopartículas de prata melhoram principalmente a qualidade da interface entre as camadas do dispositivo, facilitando o transporte de cargas e reduzindo perdas por recombinação. “Isso se traduz em maior eficiência e estabilidade sem a necessidade de alterar significativamente a espessura das camadas ou a arquitetura da célula”, salienta o professor. “Além disso, a técnica de deposição reforça o potencial para aplicações práticas em dispositivos finos e flexíveis, uma das grandes vantagens das células solares orgânicas.”
De acordo com Miranda, diversos estudos já testaram nanopartículas de prata em células solares orgânicas. “Os resultados mostraram ganhos expressivos, com aumento da eficiência de conversão de energia geralmente entre 10% e 30% em comparação a dispositivos sem nanopartículas”, destaca.
“No nosso estudo também foi observado ganho de estabilidade e melhor reprodutibilidade na fabricação dos dispositivos, pois as partículas reduziram a rugosidade da interface entre a camada ativa e um dos eletrodos, além de funcionarem como uma camada protetora contra fatores ambientais, como temperatura, umidade e oxigênio”, diz o profissional.
O professor afirma que para as células solares orgânicas chegarem ao mercado em grande escala, é necessário melhorar a estabilidade delas, que ainda se degradam mais rápido do que as convencionais. “Também é importante reduzir a variabilidade de desempenho entre lotes e garantir processos de fabricação escaláveis, reprodutíveis e ambientalmente seguros”, recomenda. “Por fim, certificações, padronização e redução do custo por watt de energia produzido são passos-chave para a adoção comercial.”
A pesquisa teve a participação de Anderson Gavin, Yosthyn Florez, Gregório Couto Faria, Paulo Barbeitas Miranda e Roberto Faria, do IFSC. Na UTFPR, além de Faria, colaboraram com o trabalho Patrick Zilz, Arandi Bezerra Júnior, Rafael de Goés, Paula Rodrigues, Wilson da Silva e Andreia Macedo. O artigo Ag Nanoparticle Layer on PEDOT: PSS with Optimized Energy Levels for Improving PM6:Y6-Based Organic Photovoltaics foi publicado no periódico científico ACS Omega.

📧 Mais informações: miranda@ifsc.usp.br, com o professor Paulo Barbeitas Miranda

Fonte: CicloVivo