Novo material permitirá células solares e LEDs mais eficientes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/12/2003

Engenheiros da Universidade de Ohio (Estados Unidos) conseguiram ultrapassar uma grande barreira na fabricação de componentes emissores de luz e células solares de alta qualidade. Eles prevêem que sua técnica permitirá a fabricação em massa de rolos de material capaz de converter a luz do sol em eletricidade.

O engenheiro eletricista Steven Ringel e seus colegas criaram um novo material híbrido que é virtualmente livre de defeitos, um passo importante para a construção de componentes eletrônicos ultra-eficientes. A tecnologia poderá ainda ser estendida também para a fabricação de chips de computadores.

Os pesquisadores conseguiram fazer crescer filmes de semicondutores III-V (grupos de elementos da tabela periódica), materiais feitos a partir de elementos como o gálio e o arsênico. Como os elementos dos grupos III-V absorvem e emitem luz de forma muito mais eficiente do que o silício, eles poderão fazer a ponte entre os tradicionais chips de computadores de silício e os tecnologias baseadas na luz, como os lasers, monitores e vídeo e fibras-óticas.

A combinação dos materiais III-V com o silício vem sendo tentada há anos por inúmeros pesquisadores ao redor do mundo, mas o sucesso até agora era bastante limitado. As experiências do Dr. Ringel, por sua vez, atingiram um nível recorde de qualidade, o que poderá permitir, finalmente, a integração, em larga escala, de diferentes tecnologias em uma única plataforma.

Um elemento chave nesta pesquisa foi o conceito de "substrato virtual", uma superfície genérica para chips que poderá ser compatível com vários tipos de tecnologias, podendo ser facilmente adaptada para diferentes aplicações.

O substrato é feito de silício dopado com elementos III-V, tais como o arsênico e o gálio, com camadas híbridas de silício-germânio ensanduichadas em seu interior. O substrato tem 0,7 milímetros de espessura, com a camada de arseneto de gálio medindo apenas três micrômetros.

Defeitos nesse material, presentes em grande quantidade em todas as experiências feitas até agora, ocorrem quando as finíssimas camadas de átomos em um filme não se alinham adequadamente. Mínimas diferenças entre as camadas diminuem a capacidade do material em transmitir cargas elétricas de forma eficiente.

A equipe do Dr. Ringel cresceu filmes de semicondutores III-V com uma técnica chamada feixe molecular epitaxial, no qual moléculas de uma substância se evaporam e se assentam em finas camadas sobre a superfície de uma liga de silício-germânio. Eles utilizaram então um microscópio de transmissão eletrônica para procurar defeitos.

Defeitos são átomos ausentes ou mal colocados, o que aprisiona elétrons no interior do material. É por isto que os cientistas medem a qualidade de uma célula solar em termos de tempo de vida da carga elétrica, o tempo em que um elétron consegue viajar livremente através do material sem ser aprisionado por um defeito.

As experiências até agora feitas haviam atingido tempos de vida da carga elétrica de cerca de dois nanosegundos. O material agora produzido ultrapassa os 10 nanosegundos de tempo de vida da carga. Os bons resultados qualificaram o material para participar de uma experiência a bordo da Estação Espacial Internacional, onde ele será melhor testado e terá avaliada a possibilidade de sua utilização em sondas e naves espaciais.