Já é possível projetar nanoestruturas de materiais que geram mais de um éxciton a partir de um único fóton de luz
Graças às pesquisas realizadas por Mark Lusk e seus colegas da Escola de Minas do Colorado, Estados Unidos, pode-se melhorar significativamente a eficiência das células solares em painéis de energia.
O estudo descreve como o tamanho das partículas que absorvem a luz, pontos quânticos, afetam as mesmas na capacidade de transferir energia aos elétrons e gerar eletricidade. Os resultados foram publicados na edição de abril da revista ACS Nano.
Este desenvolvimento fornece evidências para apoiar uma hipótese controversa, conhecida como, Geração de Múltiplos Excítones (MEG, em inglês), que teoriza ser possível que um elétron absorva a energia da luz, denominada éxciton, transfira esta energia a mais de um elétron, resultando em mais eletricidade com a mesma quantidade de luz absorvida.
Pontos quânticos são átomos artificiais que retêm os elétrons num pequeno espaço. Eles têm um comportamento atômico que dá lugar a propriedades eletrônicas incomuns em níveis de nanoescala. Estas propriedades singulares podem ser particularmente valiosas em adaptar o modo como a luz interage com a matéria.
A verificação experimental da relação entre a MEG e o tamanho do ponto quântico é um tema quente, devido ao alto grau de variedade nos resultados e nos estudos publicados anteriormente. A capacidade de gerar uma corrente elétrica baseada na MEG está recebendo muita atenção, porque este será um componente necessário de qualquer realização comercial dos produtos da MGE.
Para este estudo, Lusk e seus colaboradores utilizaram um conjunto de computadores de alto desempenho da Fundação de Ciência Nacional (NSF) nos Estados Unidos, para quantificar a relação entre a taxa da MEG e o tamanho do ponto quântico.
Eles descobriram que cada ponto tem uma parte do espectro solar que é mais adequado para realizar a MEG e que os pontos menores produzem a MEG na sua porção solar de maneira mais eficiente do que os pontos grandes. Isto implica que as células solares feitas de pontos quânticos ajustados especificamente para o espectro solar seriam muito mais eficientes do que as células solares produzidas a partir de materiais que não se fabricam com pontos quânticos.
Segundo Lusk, “Agora nós podemos projetar nanoestruturas de materiais que gerarão mais de um éxciton a partir de um único fóton de luz, fazendo bom uso de grande parte da energia que de outra forma apenas aqueceria uma célula solar.”
A equipe de investigação, que inclui a participação do Laboratório de Energia Renovável Nacional, faz parte do Centro de Ciência, Engenharia e Pesquisa de Materiais de Energia Renovável financiado pela e parte da NSF, e localizado na Escola de Minas do Colorado, em Golden, EUA. O centro se concentra nos materiais e nas inovações que tiveram impacto significativo nas tecnologias de energia renovável.
Aproveitar as propriedades únicas dos materiais nanoestruturados para melhorar o desempenho dos painéis solares é uma área de especial interesse para o centro.
“Estes resultados são animadores, porque se aproximam de uma solução para um debate contínuo e de longo tempo na área”, disse Mary Galvin, diretor de programas da Divisão de Investigação de Materiais da NSF.
“Outra importância, é que isto irá contribuir para o desenvolvimento de novos projetos que possam fazer as células solares mais eficientes.”
