Uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Nanjing apresentou um concentrador solar transparente, incolor e unidirecional que pode ser diretamente aplicado em vidro de janela padrão. Utilizando multicamadas de cristal líquido quiral (CLC) com periodicidades laterais submicrométricas, este concentrador solar do tipo difrativo (CUSC) guia seletivamente a luz solar em direção à borda da janela, onde células fotovoltaicas estão instaladas. O estudo foi publicado na PhotoniX.
Ao contrário dos concentradores convencionais baseados em luminiscência ou dispersão, que geralmente sofrem com distorções visuais, baixa eficiência e escalabilidade limitada, o novo CUSC alcança difração e guiamento de ondas seletivos em relação à polarização sem comprometer a clareza. O dispositivo mantém uma alta transmitância média visível (64,2%) e um índice de reprodução de cores (91,3), permitindo a geração de energia limpa sem alterar a aparência da janela.
“Ao engenheirar a estrutura dos filmes de cristal líquido quiral, criamos um sistema que difrata seletivamente a luz circularmente polarizada, guiando-a para o guia de ondas de vidro em ângulos íngremes,” disse o Dr. Dewei Zhang, co-primeiro autor. “Isso permite que até 38,1% da energia da luz verde incidente seja coletada na borda.”
Experimentos mostraram que um protótipo de 1 polegada de diâmetro poderia alimentar diretamente um ventilador de 10 mW sob a luz do sol. Modelagens sugerem que uma janela CUSC típica de 2 metros de largura poderia concentrar a luz solar em 50 vezes, reduzindo significativamente o número de células fotovoltaicas necessárias em até 75%. O sistema suporta integração com células fotovoltaicas de alto desempenho, como arseneto de gálio, para uma conversão de energia aprimorada.
Os filmes de CLC em multicamadas são fabricados por meio de técnicas de foto-alinhamento e polimerização e são escaláveis por meio da fabricação roll-to-roll. O design permanece estável sob exposição de longa duração e pode ser adaptado a janelas existentes para atualizações urbanas sustentáveis.
“O design do CUSC é um avanço na integração da tecnologia solar no ambiente construído sem sacrificar a estética,” disse o Professor Wei Hu. “Representa uma estratégia prática e escalável para a redução de carbono e autossuficiência energética.”
Trabalhos futuros se concentrarão em melhorar a eficiência espectral ampla, controle de polarização e adaptação da tecnologia para estufas agrícolas e displays solares transparentes. Sua visão: transformar vidro passivo em superfícies ativas geradoras de energia em todo o mundo.
