Novo semicondutor orgânico flexível fará células solares mais baratas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/09/2006

Cientistas da Universidade de Cornell, Estados Unidos, descobriram um novo tipo de semicondutor orgânico que apresenta eletroluminescência e que poderá funcionar como uma célula solar fotovoltaica. É mais um elemento na promissora área da eletrônica flexível.

O componente é o primeiro a utilizar uma "junção iônica", que os pesquisadores acreditam oferecer um rendimento superior às junções dos semicondutores atuais. E como os semicondutores orgânicos podem ser fabricados na forma de finíssimas placas flexíveis, eles poderão ser utilizados para a criação de painéis solares mais baratos, além de telas em tecidos ou papel.

A imagem mostra um esquema da junção entre dois semicondutores orgânicos, um derivado do antraceno, contendo íons positivos livres, e o rutênio, elemento contendo íons negativos. Quando os dois se juntam, os íons se difundem ao longo da junção, criando um diferencial nos níveis de energia que facilita a retificação, a eletroluminescência e o efeito fotovoltaico.

Os semicondutores - orgânicos ou não - são materiais que contêm ou um excesso de elétrons livres (tipo N) ou lacunas (tipo P). Lacunas são espaços onde um átomo poderia ter um elétron mas não tem, representando uma carga positiva. Materiais de tipo P e N são unidos para formar diodos e transistores - os blocos básicos com que são construídos todos os equipamentos eletrônicos.

O que os cientistas fizeram agora foi dar um passo adiante, criando um diodo de semicondutores orgânicos que também contêm íons livres - moléculas com uma carga elétrica. Eles ensanduicharam sua junção iônica entre uma película metálica e outra película feita de óxido de índio-estanho, um material transparente, que deixa que a luz chegue até a junção.

No ponto onde as duas películas entram em contato, os íons negativos migram através da junção para o lado positivo e vice-versa, até que se alcance um equilíbrio. É o mesmo que acontece nos diodos de silício, onde os elétrons e as lacunas migram através da junção.

Emitindo e captando luz

Quando uma voltagem é aplicada nas duas películas, que funcionam como eletrodos, uma corrente flui através da junção na forma de elétrons movendo-se numa direção e lacunas na direção oposta. A migração de cargas iônicas ao longo da junção causa uma diferença de potencial mais alta do que o normal, o que afeta a forma como os elétrons se combinam com as lacunas. Isto eleva o nível de energia das moléculas, que rapidamente liberam a energia na forma de fótons. Nesse momento, segundo os pesquisadores, a junção apresenta um efeito luminescente, na forma de uma intensa emissão de luz.

Por outro lado, quando a junção recebe a incidência de luz, os fótons são absorvidos pelas moléculas, fazendo-as liberar elétrons. As cargas iônicas criam uma "direção preferencial" para que os elétrons se movam, gerando uma corrente elétrica. Este é o efeito fotovoltaico, responsável pelo funcionamento do novo semicondutor orgânico como uma célula solar.

Essa "direção preferencial" significa que a corrente flui facilmente num sentido, mas não em outro, fazendo com que o componente funcione como um retificador. Esta configuração da carga iônica pode ser alterada por meio da aplicação de uma tensão, que diz ao componente se ele deve conduzir ou não - isso permite que esses diodos orgânicos possam ser utilizados como componentes de memórias de computador.

O mais promissor na descoberta é que o novo componente orgânico foi criado pela laminação de películas flexíveis, o que significa que grandes volumes deles poderão ser produzidos de forma barata, a partir de rolos individuais de materiais. Antes disso, porém, os pesquisadores deverão ajustar seu rendimento, de forma que sua eficiência alcance ou ultrapasse os materiais tradicionais.

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