Grafeno faz painel solar com poucos átomos de espessura

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/05/2013

A heteroestrutura tem apenas 2 nanômetros de espessura, e apresenta uma eficiência quântica de 30%.
[Imagem: University of Manchester]

Heteroestruturas

Pesquisadores das universidades de Manchester e Cingapura usaram grafeno e outros materiais em escala atômica para construir o painel solar mais fino de que se tem notícia.

As células solares superfinas são "heteroestruturas", ou seja, estruturas formadas de materiais diferentes, empilhados na forma de um sanduíche.

A descoberta do grafeno em 2004, que valeu o Prêmio Nobel de Física de 2010, abriu caminho para a descoberta de famílias inteiramente novas de materiais com espessura atômica.

Esses cristais 2D, como são chamados, apresentam uma grande gama de propriedades não encontradas nos materiais sólidos 3D feitos dos mesmos elementos - essas propriedades vão da condução elétrica ao isolamento quase perfeito, e da opacidade quase total à transparência.

Aos poucos, os experimentos estão demonstrando que não é apenas em folhas com um átomo de espessura que esses materiais apresentam novidades - a cada nova camada que é empilhada, as propriedades e a funcionalidade dos cristais 2D muda.

As células solares superfinas são "heteroestruturas", ou seja, estruturas formadas de materiais diferentes, empilhados na forma de um sanduíche.
[Imagem: University of Manchester]

Célula solar quântica

O que os pesquisadores agora descobriram é mais um desses casos - e um caso muito interessante para a energia solar.

Combinando folhas de grafeno com camadas monoatômicas de compostos conhecidos como TMDC (transition metal dichalcogenides: metais de transição dicalcogenados), os pesquisadores construíram células solares extremamente eficientes.

As células solares com espessura atômica são fabricadas inserindo camadas de TMDC entre duas camadas de grafeno - a espessura total do sanduíche é de 2 nanômetros.

As camadas de TMDC funcionam como absorvedores de luz muito eficientes, enquanto o grafeno age como uma camada condutora transparente.

Os metais de transição dicalcogenados (TMDC) apresentam um elevado potencial de interação fótons-elétrons porque sua rede atômica apresenta singularidades de Van Hove - uma característica quântica que torna os elétrons muito sensíveis a perturbações externas, como a incidência de fótons.

A eficiência quântica da heteroestrutura - a quantidade de fótons que são convertidos em elétrons na camada condutora - chegou a impressionantes 30%.

"Foi impressionante a rapidez com que passamos da ideia dessas heteroestruturas fotossensíveis para um dispositivo funcional. Ele funcionou praticamente desde o início, e mesmo as estruturas menos otimizadas apresentaram características muito respeitáveis," disse Liam Britnell, que produziu as células solares.

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