Películas ferroelétricas oferecem nova rota para a energia solar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/03/2010

Os cientistas afirmam estar agora trabalhando para compreender os mecanismos da geração fotovoltaica nesses filmes finos ferroelétricos, que são bem menos conhecidos do que os semicondutores.
[Imagem: Fujitsu]

Filmes ferroelétricos

O Sol parece ser a nossa única fonte realmente confiável de energia renovável. Sabendo disso, os cientistas estão constantemente em busca de formas inovadoras para converter a luz solar em eletricidade.

Apenas nos últimos dias, foram relatados dois recordes mundiais e duas novas células solares uma biocélula, um circuito molecular capaz de transformar luz em eletricidade e até um passo importante rumo à fotossíntese artificial.

Agora foi a vez dos cientistas de Cingapura demonstrarem o potencial dos filmes finos ferroelétricos para captarem a energia do Sol e gerarem energia limpa.

Junção p-n

Os dispositivos fotovoltaicos, incluindo as células solares, produzem eletricidade quando a absorção de luz fornece elétrons com energia suficiente para atravessar uma barreira, chamada de bandgap.

Para gerar uma corrente elétrica útil, porém, esses portadores de carga devem ser guiados em uma direção determinada, não podendo fluir de forma aleatória.

Na maioria dos materiais fotovoltaicos utilizados hoje, como o silício, os cientistas conseguem dirigir os elétrons construindo a célula solar com uma interface conhecida com junção p-n.

Na junção p-n, dois materiais com naturezas diferentes - positivo-negativo ou doador de elétrons e receptor de elétrons - se juntam, facilitando a difusão dos elétrons do material n em direção ao material p.

Efeito fotovoltaico maciço

Uma outra alternativa é explorar o chamado "efeito fotovoltaico maciço" dos materiais ferroelétricos, efeito este que permite que uma corrente elétrica induzida pelos fótons flua em um material uniforme, sem a necessidade de dopagens para formar uma interface.

"Nos materiais ferroelétricos, a tensão gerada não é limitada por uma barreira de energia, como acontece nos materiais fotovoltaicos semicondutores," explica o Dr. Kui Yao, da Universidade Nacional de Cingapura. "A razão é que o mecanismo subjacente à geração fotovoltaica é fundamentalmente diferente."

Yao e seus colegas identificaram esse mecanismo em uma película extremamente fina feita de ferrita de bismuto - BiFeO3 - um material mais conhecido pela sigla BFO.

Célula foto-ferroelétrica

Yao e seus colegas começaram cobrindo um substrato com um eletrodo, sobre o qual eles depositaram um filme de BFO com apenas 170 nanômetros de espessura. Completando um sanduíche, eles depositaram um outro eletrodo, que tanto pode ser de ouro, quanto de um condutor orgânico transparente.

Expondo o pequeno dispositivo à luz visível de uma lâmpada, criou-se uma corrente elétrica induzida pelo efeito fotoelétrico. Esta fotocorrente aumenta linearmente com a intensidade da luz incidente, e os pesquisadores podem controlar sua direção mudando a orientação da polarização do BFO por meio de uma tensão aplicada através dos eletrodos.

Eficiência fotovoltaica

Em trabalhos teóricos e experimentais feitos com uma fina película de titanato-zirconato de chumbo dopado com lantânio (PLZT), a equipe de Yao também demonstrou que os filmes em nanoescala alcançam uma eficiência fotovoltaica maior do que o mesmo material em bruto, mais espesso.

Os cientistas afirmam estar agora trabalhando para compreender os mecanismos da geração fotovoltaica nesses filmes finos ferroelétricos, que são bem menos conhecidos do que os semicondutores.

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