Energia

Novo paradigma para construção de células solares

Novo paradigma para construção de células solares
Estrutura atômica do cristal de perovskita, que apresenta efeito fotoelétrico maciço para a luz visível.[Imagem: Felice Macera/University of Pennsylvania]

Efeito fotoelétrico maciço

Você sabia que existe um material que possui um efeito fotovoltaico muito superior ao apresentado pelos semicondutores usados atualmente na construção das células solares?

E não apenas um material, mas uma classe de materiais, uma classe de materiais que apresenta uma propriedade chamada efeito fotovoltaico maciço, ou em bruto.

As células solares atuais são feitas com materiais que apresentam o efeito fotoelétrico na interface entre dois materiais - essa interface é conhecida como junção p-n porque ela é formada por um material com excesso de cargas positivas e outro com excesso de cargas negativas.

Já no efeito fotovoltaico maciço, o fenômeno ocorre em toda a estrutura do material, e não apenas na sua borda ou na interface com outro tipo de material.

É claro que isso abre a possibilidade de construir células solares muito mais eficientes e muito mais compactas.

Ocorre que, até agora, só se conhecia materiais com efeito fotovoltaico em bruto sensíveis à luz ultravioleta, quando a maior parte da energia do Sol está na faixa visível e infravermelha do espectro.

Perovskitas

Agora, Ilya Grinberg e seus colegas das universidades da Pensilvânia e Drexel, ambas nos Estados Unidos, descobriram não o material ideal, mas um composto que mescla os efeitos fotoelétricos em bruto e na interface.

E o efeito fotoelétrico maciço ocorre justamente na porção visível do espectro eletromagnético.

A solução foi encontrada nas perovskitas, que vêm fazendo sucesso no campo das células solares nos últimos anos:

A equipe conseguiu sintetizar um cristal de perovskita que possui o arranjo atômico necessário para preservar as condições nas quais os dois efeitos fotovoltaicos se manifestam.

O material é uma cerâmica complexa, resultado da combinação de niobato de potássio e niobato de níquel-bário.

Os pesquisadores esperam que a perovskita permita romper com o chamado "limite de Shockley-Queisser", que impede o aumento da eficiência das células solares porque uma parte da energia dos fótons é perdida quando os elétrons têm que esperar sua vez para saltar de um material para outro na interface p-n.

Além de tirar proveito do efeito fotovoltaico maciço, torna-se possível também empilhar várias células solares, uma sensível a cada faixa de comprimento de ondas - isso pode ser obtido mudando a dosagem de cada um dos niobatos usados.

"Esta família de materiais é ainda mais notável porque ela é composta por elementos de baixo custo, não-tóxicos e abundantes na Terra, ao contrário dos compostos semicondutores utilizados atualmente na tecnologia de células solares de película fina," comentou o professor Jonathan Spanier, um dos coordenadores do grupo.

Bibliografia:

Perovskite oxides for visible-light-absorbing ferroelectric and photovoltaic materials
Ilya Grinberg, D. Vincent West, Maria Torres, Gaoyang Gou, David M. Stein, Liyan Wu, Guannan Chen, Eric M. Gallo, Andrew R. Akbashev, Peter K. Davies, Jonathan E. Spanier, Andrew M. Rappe
Nature
Vol.: 503, 509-512
DOI: 10.1038/nature12622




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