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Energia

Célula solar de nanotubo de carbono aproxima-se da eficiência máxima

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/09/2009

Célula solar de nanotubo de carbono aproxima-se da eficiência máxima
Dirigindo feixes de raios laser de diversas cores ao longo do nanotubo, os cientistas descobriram que altos níveis de incidência de fótons têm um efeito multiplicador sobre a quantidade de eletricidade que é produzida pelo fotodiodo.
[Imagem: N. Gabor et al./Science]

Pesquisadores da Universidade de Cornell, nos Estados Unidos, demonstraram o princípio de funcionamento de um novo tipo de célula solar que substitui o silício por nanotubos de carbono.

Em teoria, estas células solares de nanotubos poderão ser mais eficientes do que as células solares atuais, podendo superar não apenas as células solares orgânicas - que possuem carbono em sua composição em moléculas que não são nanotubos - mas também as células solares tradicionais à base de silício.

Fotodiodo

Os cientistas construíram um fotodiodo, um tipo extremamente simples de célula solar que converte a luz em eletricidade de forma extremamente eficiente graças à excepcional condutividade elétrica do nanotubo de carbono e à forma como ele conduz os elétrons.

O nanotubo de carbono utilizado é do tipo de parede única, o que significa que ele é basicamente uma folha de grafeno enrolada, constituindo um tubo cujas paredes são formadas por uma única camada de átomos de carbono.

O nanotubo, com a dimensão aproximada de uma molécula de DNA, foi preso entre dois contatos elétricos e posto próximo a duas portas elétricas, uma com carga positiva e outra com carga negativa.

Elétrons em fila indiana

Dirigindo feixes de raios laser de diversas cores ao longo do nanotubo, os cientistas descobriram que altos níveis de incidência de fótons têm um efeito multiplicador sobre a quantidade de eletricidade que é produzida pelo fotodiodo.

Como o nanotubo é muito estreito, ele praticamente força os elétrons a andarem em fila indiana. Nessa situação, os elétrons atingem um estado denominado "excitado", o que lhes permite gerar novos elétrons a partir dos fótons da luz incidente que seriam desperdiçados em uma célula solar convencional. Isto faz com que a célula solar de nanotubo de carbono funcione em um regime praticamente ideal, convertendo quase toda a radiação da luz em eletricidade.

A elevada taxa de conversão significa que a nova célula solar não perde quase nenhuma energia na forma de calor, eliminando o problema do superaquecimento. Contudo, o próprio experimento foi feito em uma temperatura extremamente baixa.

Problemas à frente

Embora o novo dispositivo tenha sido demonstrado, construi-lo em grandes quantidades esbarrará nas mesmas dificuldades encontradas em várias outras pesquisas nas quais os nanotubos de carbono são promissores. Como são muito pequenos, ainda não existe tecnologia capaz de permitir sua fabricação em série de forma controlada. A montagem das células solares, que exigirá a manipulação de nanotubos individuais, é outro desafio a ser vencido.

Estas dificuldades, contudo, não tiram o mérito da pesquisa, que demonstrou um fenômeno novo que, ao ser explorado por novas pesquisas, poderá levar a novos melhoramentos e, eventualmente, a um tipo de célula solar mais eficiente e que possa ser fabricada em larga escala.

Bibliografia:

Artigo: Extremely Efficient Multiple Electron-Hole Pair Generation in Carbon Nanotube Photodiodes
Autores: Nathaniel M. Gabor, Zhaohui Zhong, Ken Bosnick, Jiwoong Park, Paul L. McEuen
Revista: Science
Data: 11 September 2009
Vol.: 325: 1367-1371
DOI: 10.1126/science.1176112





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