Energia

Funil de energia cria novo tipo de célula solar 3D

Funil de energia cria novo tipo de célula solar 3D
As células solares em formato de funil terão mais eficiência na geração de cargas e poderão aproveitar uma parte maior do espectro de frequências da luz solar.[Imagem: Yan Liang]

Deformação elástica

Um funil de energia solar pode ser mais eficiente na captura de fótons do Sol do que qualquer tecnologia de painel solar ou termossolar existente hoje.

Esta é a proposta de uma equipe de pesquisadores chineses e norte-americanos, que acabam de publicar a proposta de funis solares que exploram materiais sob deformação elástica.

O "funil" é formado quase em escala atômica, em uma folha extremamente fina que é tocada por uma agulha, afundando seu centro.

Isso cria um tipo inusitado de célula solar em formato de funil que é naturalmente 3D.

Os elétrons e suas contrapartes, as lacunas, quando arrancados de seus átomos pela energia dos fótons solares, são levados para o centro dessa estrutura em formato de funil, onde podem ser coletados.

O detalhe é que o processo é dirigido por forças eletrônicas, e não pela gravidade, como em um funil comum.

Funil solar

A pressão exercida pela agulha gera uma deformação elástica, que aumenta em direção ao centro do funil.

A tensão variável muda ligeiramente a estrutura atômica do material em direção ao centro do funil, criando um gradiente que é perfeitamente adequado para capturar diferentes comprimentos de onda da luz.

Segundo os pesquisadores, isso pode criar uma "célula solar" - eles preferem o termo "funil de energia" - capaz de capturar não apenas o espectro visível, mas também diversas seções do espectro não visível, que possui muito mais energia.

A equipe descobriu que é possível criar um funil solar usando folhas monoatômicas - com apenas um átomo de espessura, como o grafeno - de dissulfeto de molibdênio (MoS2).

Ao contrário do grafeno, porém, o MoS2 é naturalmente um material semicondutor, o que o torna mais adequado para ser usado nesse tipo inusitado de célula solar em formato de funil.

Átomo artificial

Quando o material é deformado, induz-se uma mudança no potencial de energia dos elétrons que varia conforme a distância do centro do funil.

Como isso é muito parecido com o que ocorre com o elétron em um átomo de hidrogênio, os pesquisadores afirmam que o funil funciona como um "átomo artificial", com a diferença de que ele é muito maior do que um átomo de hidrogênio.

Em uma célula solar convencional, depois de ser atingido pelo fóton, o par elétron-lacuna - também chamado exciton - move-se aleatoriamente pelo material, o que diminui a eficiência na geração de eletricidade.

No funil solar, todos os excitons "cairão" naturalmente no funil, na extremidade do qual poderão ser coletados facilmente, aumentando a produção de energia.

Tudo funcionou conforme previsto nas simulações de computador. Agora os pesquisadores se preparam para levar tudo para o laboratório e tentar fazer o conceito funcionar na prática.

Bibliografia:

Strain-engineered artificial atom as a broad-spectrum solar energy funnel
Ji Feng, Xiaofeng Qian, Cheng-Wei Huang, Ju Li2
Nature Photonics
Vol.: 6, 866-872
DOI: 10.1038/nphoton.2012.285




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