A busca por células solares transparentes já tem um mapa

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/06/2009

"Mapa" para o desenvolvimento de semicondutores transparentes. Na visualização, o simulador mostra uma irregularidade em uma estrutura cristalina ordenada.
[Imagem: Fraunhofer IWM]

As células solares fotovoltaicas não são baratas. E um painel solar feito com elas é ainda mais caro pela estrutura metálica onde elas devem ser montadas, pela instalação do painel inteiro no telhado e pelas ligações elétricas daí até o restante da residência, onde a eletricidade será aproveitada.

Células solares transparentes

Tudo será mais simples quando as células solares forem transparentes: elas poderão ser instaladas sobre os vidros das janelas e sobre as próprias laterais dos prédios, sem interferir com a aparência, com a iluminação natural das casas e dos edifícios, sem tirar a visão do exterior e, mais importante, sem a exigência de estruturas grandes e caras para sua sustentação.

Condutores P e N

Os cientistas sabem disso e têm trabalhado constantemente em busca das células solares transparentes. Para viabilizar sua fabricação, são necessários dois tipos de revestimentos transparentes diferentes: um para conduzir a eletricidade por meio dos elétrons - o chamado condutor N - e outro para conduzir a eletricidade por meio do deslocamento das lacunas, ou espaços vagos de elétrons - o chamado condutor P.

Os condutores transparentes do tipo N não são problema e já podem ser fabricados com grande eficiência. Mas os condutores P representam uma barreira ainda por vencer. Sua condutividade elétrica é muito baixa e eles nem mesmo são assim tão transparentes.

Dopagem complicada

A fabricação desses materiais semicondutores usa um processo chamado dopagem, em que pequenas quantidades de átomos são adicionados a um material hospedeiro, o silício. Atualmente, os condutores N são fabricados com óxido de índio-estanho. Mas esse material é muito caro e seu preço multiplicou-se por 10 desde 2002.

Com isto, a agenda dos pesquisadores que trabalham em busca das células solares transparentes está cheia. Não basta descobrir como produzir os condutores transparentes do tipo P; é necessário também substituir o material usado na fabricação dos já eficientes condutores N.

Mapa para a eficiência

A equipe do Dr. Wolfgang Körner, do Instituto Fraunhofer, não descobriu a solução, mas criou uma ajuda valiosa: uma espécie de mapa que guiará essas pesquisas.

Usando imagens geradas pelos mais poderosos microscópios eletrônicos, os cientistas criaram modelos físicos que modelam átomo por átomo como interagem as irregularidades existentes na estrutura atômica dos materiais semicondutores dopados.

Isso permite a substituição virtual, simulada, de diversos materiais dopantes, verificando-se imediatamente as características do semicondutor resultante. "Nós descobrimos, por exemplo, que o fósforo é adequado para a dopagem do óxido de zinco, mas que o nitrogênio é mais promissor," explica o Dr. Körner.

Interfaces entre aglomerados de átomos

Os modelos criados pela equipe permitem o estudo das interfaces entre os aglomerados de átomos hospedeiros e dopantes, o elemento que mais influencia nas propriedades ópticas e eletrônicas do material dopado resultante.

Com isto, os pesquisadores poderão testar os diversos elementos e compostos disponíveis e verificar quais resultarão, simultaneamente, em condutores mais eficientes e em materiais mais transparentes.