Placas solares orgânicas instaladas no Departamento de Física da UFPR, novo processo torna conversão de luz em energia e aumenta durabilidade deste tipo de célula solar. Foto: Marcos Solivan

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.

As placas formadas por células solares orgânicas são mais versáteis, podendo ser instaladas em estruturas já existentes. Placa instalada em uma estação-tubo utilizada como laboratório do DiNE-UFPR. Foto: Marcos Solivan/Sucom-UFPR

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.

Painéis de células solares orgânicas instaladas em estação-tubo doada pela Prefeitura de Curitiba para servir de laboratório. Foto: Thalita Canabarra dos Santos

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.

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Comentários de

  1. Olá quero parabenizar os pesquisadores e mestres do saber por suas criações e inovação tecnológica elevando nossa alto estima e a alegria de ser brasileiro
    Desejo sucesso na captação e formatação deste modelo revolucionário para energia solar 🫡🫡. 👏🏽👏🏽👏🏽👏🏽

  2. Boa tarde,
    As células solares orgânicas já estão no mercado há algum tempo, vendidas por empresas especializadas, a patente que as torna mais eficientes, divulgada na matéria, ainda não está sendo utilizada comercialmente (até onde temos notícias).
    O DiNE continua suas pesquisas para melhorar ainda mais o processo de fabricação, durabilidade e eficiência das células orgânicas para que se tornem competitivas em relação às células convencionais de silícios, que atualmente têm maior durabilidade e eficiência, mas são mais caras, exigem maior estrutura e são menos versáteis.
    Informações sobre o DiNE podem ser encontradas no próprio site do grupo: https://dineufpr.wixsite.com/dineufpr.
    Att.
    Rodrigo Choinski – editor revista Ciência UFPR

    1. ” …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. (Conteudo pertencente a matéria em questão).

      X (VERSOS)

      ” …às células convencionais de silícios, que atualmente têm maior durabilidade e eficiência,… (Conteudo pertencente a resposta).

    1. Bom dia, quero conhecer melhor essa técnica de energia para residência.

  3. Super interessante a energia solar , já esta disponível no mercado ?, quem está comercializando ?

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