O efeito fotovoltaico dos cristais ferroelétricos pode ser multiplicado por mil se três materiais diferentes estiverem periodicamente dispostos em uma rede. A revolução na energia solar sem precedentes, foi revelada por um estudo realizado por pesquisadores da Universidade Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU).
Eles conseguiram isso criando camadas cristalinas de titânio de bário, titânio de estrôncio e titânado de cálcio que eles alternadamente colocados em cima um do outro.
Tais descobertas, que poderiam aumentar significativamente a eficiência das células solares, foram publicadas na revista Science Advances.
Atualmente, a maioria das células solares são baseadas em silício, mas sua eficiência é limitada. Isso levou os pesquisadores a examinar novos materiais, como ferroelétricos, como titânio de bário, óxido misto de bário e titânio.
“Ferroelétrico” significa que o material separou espacialmente cargas positivas e negativas. A separação das cargas dá origem a uma estrutura assimétrica que permite que a eletricidade seja gerada a partir da luz.
Ao contrário do silício, os cristais ferroelétricos não requerem a chamada junção pn para criar o efeito fotovoltaico, ou seja, não há camadas positivas e negativamente dopadas.
Isso torna muito mais fácil produzir os painéis solares.
Akash Bhatnagar, SiLi-nano Innovation Competence Center na MLU.
No entanto, o titânio de bário puro não absorve muita luz solar e, consequentemente, gera uma fotocorrente relativamente baixa.
Pesquisas e mais pesquisas, a revolução da energia.
Embora, pesquisas recentes mostraram que a combinação de camadas extremamente finas de diferentes materiais aumenta muito o desempenho da energia solar.
O importante aqui é que um material ferroelétrico se alterna com um material paraelétrico.
Embora, este último não tenha cargas separadas, pode se tornar ferroelétrico sob certas condições, por exemplo, a baixas temperaturas ou quando sua estrutura química é ligeiramente modificada.
Akash Bhatnagar.
O grupo de pesquisa Bhatnagar descobriu que o efeito fotovoltaico aumenta consideravelmente se a camada ferroelétrica alternar não apenas com uma, mas com duas camadas paraelétricas diferentes.
Incorporamos o titânio de bário entre o titânio de estrôncio e o titânado de cálcio. Isso foi conseguido vaporizando os cristais com um laser de alta potência e reem depósitos em substratos portadores. Assim, obteve-se um material formado por 500 camadas de cerca de 200 nanômetros de espessura.
Yeseul Yun, doutoranda na MLU
Surpresas.
Ao fazer as medições fotoelétricas, o novo material foi irradiado com luz laser.
O resultado surpreendeu até mesmo o grupo de pesquisa: comparado ao titânio de bário puro de espessura semelhante.
Surpreendentemente, o fluxo atual foi até 1.000 vezes maior, apesar de a proporção de titânio de bário como principal componente fotoelétrico ter sido reduzida em quase dois terços.
A interação entre as camadas da rede parece resultar em uma permissão muito maior, ou seja, os elétrons podem fluir muito mais facilmente devido à excitação dos fótons da luz.
As medidas também mostraram que esse efeito é muito robusto: permaneceu quase constante por um período de seis meses.
Akash Bhatnagar.
Agora precisamos fazer mais pesquisas para descobrir exatamente a causa do extraordinário efeito fotoelétrico.
Bhatnagar está confiante que o potencial demonstrado pelo novo conceito pode ser usado para aplicações práticas em painéis solares.
A estrutura da camada mostra maior desempenho em todas as faixas de temperatura do que ferroelétricas puras. Além disso, os cristais são muito mais duráveis e não exigem embalagens especiais.
Akash Bhatnagar.
Será que teremos de fato, uma revolução na forma como a energia solar pode ser transformada. Imagina o que conseguiríamos com isso, imagine as sondas espaciais, os veículos autônomos, as residências…
Bom, ai seria tema para outro post!
