Physics News Update nº 876

POR DENTRO DA PESQUISA CIENTÍFICA — PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de notícias sobre pesquisas do Instituto Americano de Física, nº 876 de 23 de outubro de 2008.    www.aip.org/pnu
USANDO A LUZ SOLAR DE MANEIRA MAIS EFICIENTE.

Pesquisadores no Laboratório Nacional de Energia Renovável (National Renewable Energy Laboratory = NREL) em Golden, Colorado, desenvolveram uma maneira para que as células solares de baixo custo convertam a luz solar em eletricidade de maneira mais eficiente. A pesquisa, que aumenta a “vida útil” dos elétrons criados em uma célula solar, de forma a que eles possam produzir mais eletricidade, é um possível passo na direção de diminuir o custo relativamente alto das células solares. Reduzir os custos enquanto se mantém a eficiência é o principal fator para determinar quando a energia solar vai se tornar uma fonte de destaque no negócio de geração de energia.

Em geral, se pode ter boa eficiência ou baixo custo, mas não ambos. A eficiência se refere à fração da energia solar que incide sobre o painel, que realmente acaba convertida em eletricidade utilizável. E o custo se refere às despesas na produção em massa dos painéis em grandes folhas. Células solares já são usadas em mercados restritos, tais como geração de energia para sensores remotos ou naves espaciais. e vêm sendo cada vez mais empregados em aplicações domésticas e em aparelhos.

A maior parte dessas células solares são feitas de cristais de silício. Mas para que haja uma adoção em larga escala, o preço tem que diminuir. Atualmente, o custo do quilowatt-hora para a energia elétrica gerada por luz solar é várias vezes maior do que o custo de produzir a mesma energia com a queima de combustíveis fósseis.  As células solares imitam a natureza na maneira com que convertem a energia solar em energia útil. Em uma folha verde, por exemplo, a luz solar incidente libera um elétron em uma molécula de clorofila. O elétron (e sua energia) são passados adiante pela molécula, eventualmente sendo incorporado na construção de moléculas maiores, tais como um carboidrato. Em uma célula solar, a luz solar incidente libera um elétron de um pedaço de semicondutor. Esse elétron “excitado”, se permanecer excitado, pode ser incorporado em uma corrente elétrica que alimenta um circuito externo, onde ele pode ser encaminhado a uma bateria ou à rede elétrica. Quanto maior for o tempo de vida do elétron excitado, maior será a eficiência da célula solar. Infelizmente, os elétrons tendem a perder energia quando encontram um defeito ou uma fronteira nos cristais que constituem a célula solar.

Até agora, para obter uma maior vida útil em estado excitado e obter maior eficiência, as células solares tinham que ser feitas de materiais cristalinos mais caros, tais como silício e arseniato de gálio. Essas células solares precisam de um processamento complexo para serem construídas e esses custos não parecem ter meios de serem reduzidos. Enquanto isso, células solares mais baratas, feitas de finas camadas de materiais multi-cristalinos, tais como compostos feitos de átomos de cobre, irídio, gálio e selênio (CIGS), não são nem de perto tão eficientes.

A pesquisa se focalizou em aumentar a vida útil dos elétrons em células solares feitos de multi-cristalinos CIGS, e no artigo sobre a pesquisa, os cientistas do NREL Wyatt Metzger, Ingrid Repins e Miguel Contreras anunciaram que conseguiram uma vida útil para os elétrons de 250 bilionésimos de segundo.  Isso não soa como um tempo longo, mas é longo o bastante para que mais elétrons contribuam para a eletricidade da célula, tornando-a dramaticamente mais eficiente, embora ainda barata em comparação com as células solares de alta eficiência feitas de silício. Os resultados foram recentemente publicados em Applied Physics Letters.  (Phillip F. Schewe)

FEIXES “BUCKY”.

Uma vez que os manufatores de nanochips tenham feito suas estruturas multi-camadas, é necessário que eles também verifiquem precisamente se as camadas estão dispostas da maneira adequada.. Uma maneira de o fazer é disparar feixes de íons que, como meteoritos que atingem a Lua, ejetem o material que está por baixo, dando as informações sobre as camadas abaixo da superfície. O material ejetado é analisado por espectrometria de massa. Parece que para fazer isso, moléculas grandes ou aglomerados de átomos funcionam melhor do que íons de um único átomo, uma vez que os aglomerados podem escavar mais claramente e fornecer sinais sem ambiguidade da estrutura profunda da amostra que está sendo imageada. O laboratório de Nick Winograd ([email protected]) da Universidade Penn State foi a pioneira no uso de feixes de moléculas de carbono-60 (buckyballs).  (Veja este site para imagens que ilustram a diferença entre a sondagem feita com feixes de átomos isolados e com C60: http://nxw.chem.psu.edu/nxw/pdf%5C327.pdf). .  Recentemente,  Winograd e seus estudantes aumentaram muito a sensibilidade da detecção do material ejetado, usando um laser infravermelho para fotopolarização, antes da análise pelo espectrômetro de massa. O laser infravermelho é eficaz porque os elétrons podem ser retirados das moléculas com alta eficiência, através de tunelamento e sem uma fotofragmentação significativa. (Resultados apresentados nesta semana no encontro da  AVS em Boston,  http://www.avssymposium.org/overview.asp, Artigo AS-TuM10)

CAPTURAR MOLÉCULAS ISOLADAS,

a temperatura ambiente e estudar suas propriedades, foi o que conseguiu Adam Cohen e seus colegas em Harvard.  Isolar uma molécula de cada vez já é difícil em temperaturas baixas, e mais ainda em temperaturas mais altas, onde as moléculas ficam mais agitadas. O feito foi realizado com o emprego de uma armadilha anti-browniana eletrocinética (Anti-Brownian Electrokinetic (ABEL). Neste dispositivo, a molécula rotulada com uma fosforescência é seguida por um microscópio e fluorescência e seu movimento instantâneo é freado mediante a aplicação, cuidadosamente temporizada, de pequenos pulsos elétricos, aplicados por a eletrodos que circundam a amostra. Na verdade, os eletrodos são mantidos a alguma distância da molécula, que é o melhor para não poluir o ambiente aquoso com efeitos químicos.

Os chutes eletrônicos são dados na molécula ao longo de micro-canais em um chip subjacente. Quanto mais rápido este processo puder ser aplicado, melhor será a captura. Uma armadilha ABEL pode segurar uma amostra menor, à temperatura ambiente, melhor do que qualquer outro tipo de armadilha. Para prender uma molécula ao mesmo diminuto volume de solução com um feixe de laser somente, precisa de uma enorme quantidade de energia, e isso iria “cozinhar” o objeto, mais do que aprisioná-lo. A armadilha ABEL é suave e precisa de meros microwatts de potência laser.  Cohen ([email protected]) discorreu acerca da aplicação deste processo para a dinâmica de proteínas de membranas no encontro da AVS desta semana.  (http://www.avssymposium.org/overview.aspwebsite de Cohen: https://www2.lsdiv.harvard.edu/labs/cohen/ Artigo IPF-MoM1 )

CORREÇÃO: No PNU nº 875, o trabalho de Jun Ye foi incorretamente chamado de o melhor relógio atômico do mundo. De fato, o relógio de estrôncio de Ye é um dos mais precisos jamais produzidos. Ele é o melhor relógio atômico neutro, porém os dois relógios iônicos do NIST (mercúrio e alumínio) são melhores.
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PHYSICS NEWS UPDATE é um apanhado de notícias vindas de congressos de física, publicações diversas de física e outras fontes de notícias. É distribuído de graça como um meio de disseminar informações sobre a física e os físicos. Por isso sua divulgação é livre, desde que devidamente concedido o crédito à Associação Americana de Física. Physics News Update é publicado mais ou menos uma vez por semana.

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Como divulgado no numero anterior, este boletim é traduzido por um curioso, com um domínio apenas razoável de inglês e menos ainda de física. Correções são bem-vindas.

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