Energia

Cientistas fazem milagre da multiplicação dos elétrons

Cientistas fazem milagre da multiplicação dos elétrons
Cada círculo representa um ponto quântico. O acoplamento de diversos deles permite ajudar os elétrons excitados pelo fóton (azul) a escapar da recombinação de Auger. [Imagem: Aerts et al.]

Multiplicação das cargas

Em uma célula solar, cada fóton excita um elétron, que vai compor a energia elétrica gerada.

Mas, nas células solares de pontos quânticos, cada fóton pode excitar diversos elétrons, o que as torna potencialmente muito mais eficientes.

Esse fenômeno, chamado multiplicação das cargas, permite um rendimento líquido em torno de 44%, mais do que o dobro das melhores células solares atuais.

Os pontos quânticos são nanocristais de materiais semicondutores que podem ser fabricados em reações químicas de alto rendimento, em soluções líquidas, o que os torna potencialmente muito baratos, além de serem aplicáveis em substratos plásticos flexíveis.

Aproveitamento das cargas multiplicadas

Mas havia um problema: os elétrons movimentados pela multiplicação das cargas vivem um tempo curto demais, acabando por colidir com outros e "desaparecer", em um processo conhecido como recombinação de Auger.

Agora, cientistas da Universidade de Delft, na Holanda, demonstraram que é possível capturar vários elétrons produzidos pela absorção de um único fóton usando pontos quânticos acoplados, dispostos em uma película fina.

Esta é a mesma equipe que detectou experimentalmente pela primeira vez, em 2008, esse efeito avalanche dos elétrons.

Desde então eles vêm tentando descobrir uma forma de tirar proveito prático dele.

Escapando da recombinação

Os cientistas prepararam filmes de pontos quânticos nos quais os elétrons podem se mover entre os diversos pontos quânticos de forma tão eficiente que eles se libertam e começam a se mover livremente, antes de serem absorvidos pela recombinação de Auger.

Desta forma, os elétrons não apenas se movem livremente pelo material, como também ficam disponíveis para serem capturados pela célula solar e dirigidos para fora através de um eletrodo.

O experimento mostrou a possibilidade de capturar, em média, 3,5 elétrons por partícula de luz absorvida, mostrando o potencial futuro dessas células solares flexíveis.

O próximo passo da pesquisa é construir os primeiros protótipos das novas células solares.

Bibliografia:

Free Charges Produced by Carrier Multiplication in Strongly Coupled PbSe Quantum Dot Films
Michiel Aerts, C. S. Suchand Sandeep, Yunan Gao, Tom J. Savenije, Juleon M. Schins,, Arjan J. Houtepen, Sachin Kinge, Laurens D. A. Siebbeles
Nano Letters
12 October
Vol.: 11 (10) 4485 - 4489
DOI: 10.1021/nl202915p




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