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Nanocristais poderão revolucionar energia solar

Nanocristais poderão revolucionar energia solar
Os cientistas descobriram que a absorção de um único fóton pode produzir dois ou até três elétrons em excitação.[Imagem: LANL]

Multiplicação das cargas

Cientistas do Laboratório Nacional Los Alamos, nos Estados Unidos, descobriram que um fenômeno chamado "multiplicação das portadoras", no qual nanocristais semicondutores reagem a fótons produzindo múltiplos elétrons, é aplicável a uma gama muito maior de materiais do que se pensava até agora.

A descoberta abre a possibilidade de que os nanocristais venham a ser utilizados como matéria-prima na construção de células solares com uma eficiência muito superior às atuais.

Ao criar uma "avalanche" de elétrons, os nanocristais permitirão a construir de células solares com uma potência de saída muito maior.

Os cientistas descobriram que a absorção de um único fóton pode produzir dois ou até três elétrons em excitação.

Isto abre caminho para novas tecnologias fotovoltaicas - ou energia solar - que converte os fótons da luz do sol em energia elétrica - que são elétrons em movimento. Quanto mais elétrons um fóton consegue excitar, maior será a corrente elétrica gerada pela célula solar.

Nanocristais, ou pontos quânticos

Os cientistas demonstraram que a multiplicação das portadoras não ocorre unicamente nos nanocristais de seleneto de chumbo, mas se dá também com altíssima eficiência em nanocristais de outros compostos, como seleneto de cádmio.

Esses nanocristais também são conhecidos como pontos quânticos, porque são muito pequenos e conseguem aprisionar partículas individuais em seu interior.

Além disso, a pesquisa esclarece o mecanismo da multiplicação das portadoras. O fenômeno nunca foi observado em materiais macroscópicos e se baseia inteiramente nas propriedades únicas da física quântica.

"A multiplicação das cargas realmente se baseia em interações muito fortes entre elétrons confinados em um volume muito pequeno de uma partícula semicondutora em nanoescala. É por isto que é o tamanho da partícula, e não sua composição, que é o principal determinante da eficiência do efeito," explica um dos pesquisadores da equipe, o Dr. Victor Klimov.

Fotocatálise

"Em cristais nanométricos, as fortes interações elétron-elétron tornam os elétrons de alta energia instáveis. Estes elétrons somente existem em seu chamado estado virtual por um instante, antes de se passarem a um estado mais estável, que compreende dois ou mais elétrons," prossegue Klimov.

Outra aplicação possível desses nanocristais está nas tecnologias de geração de combustível por processos solares.

O principal exemplo é a quebra da molécula da água para produção de hidrogênio, por meio de fotocatálise.

Esse processo exige quatro elétrons por molécula de água e sua eficiência pode ser incrivelmente melhorada se esses múltiplos elétrons puderem ser produzidos pela absorção de um único fóton.

Bibliografia:

High-efficiency carrier multiplication through direct photogeneration of multi-excitons via virtual single-exciton states
Richard D. Schaller, Vladimir M. Agranovich, Victor I. Klimov, Richard D. Schaller, Melissa A. Petruska, Victor I. Klimov
Nature
December 2005
Vol.: Nature Physics 1, 189-194 (2005)
DOI: 10.1038/nphys151

Effect of electronic structure on carrier multiplication efficiency: Comparative study of PbSe and CdSe nanocrystals
Richard D. Schaller, Vladimir M. Agranovich, Victor I. Klimov, Richard D. Schaller, Melissa A. Petruska, Victor I. Klimov
Applied Physics Letters
19 December 2005
Vol.: 87, 253102 (2005)
DOI: 10.1063/1.2142092




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