Nano-fios e energia solar


University of Copenhagen – Niels Bohr Institute

Nano-fios para células solares aumentam o limite de eficiência

 IMAGEM: Cristais de nano-fios usados como células solares.

A imagem mostra, da esquerda para a direita, imagens de cristal de arseniato de gálio sobre um substrato de silício, tiradas com um SEM (Scaning Electron Microscope), uma de um único fio, tirada com um TEM (Transmission Electron Microscope) e as colunas de átomos, flagradas por um STEM (Scanning Transmission Electron Microscope)

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Os cientistas do Centro de Nano-Ciência do Niels Bohr Institut, Dinamarca, e da Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suíça, mostraram como um único nano-fio pode concentrar a luz do Sol até 15 vezes mais do que a intensidade normal da luz solar. Estes resultados são surpreendentes e têm um grande potencial para desenvolver um novo tipo de célula solar de alta eficiência.

Devido a algumas propriedades físicas particulares apresentadas pelos nano-fios em absorver a luz, o limite de quanta energia dos raios solares pode ser utilizada acaba sendo maior do que se pensava antes. Estes resultados demonstram o grande potencial de desenvolvimento de células solares com base em nano-fios, diz o PhD Peter, sobre a surpreendente descoberta descrita em um artigo na Nature Photonics.

Os grupos de pesquisas estudaram nos últimos anos como desenvolver e melhorar a qualidade dos cristais de nano-fios que são estruturas cilíndricas com um diâmetro de cerca um décimo-milésimo de um cabelo humano. Acredita-se que os nano-fios terão um grande potencial não só no desenvolvimento de células solares, como também nos futuros computadores quânticos e outros produtos eletrônicos.

 IMAGEM: Esta figura mostra que os raios de Sol são conduzidos para dentro de um nano-fio, pousado sobre um substrato. A um dado comprimento de onda, a luz do Sol é concentrada em até 15 vezes.

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Acontece que os nano-fios naturalmente concentram os raios de Sol em uma área muito pequena do cristal, até um fator de 15 vezes. Como o diâmetro do nano-fio é menor que o comprimento de onda da luz solar, isto causa ressonâncias na intensidade da luz dentro e em torno dos nano-fios. Desta forma, as ressonâncias podem fornecer uma luz solar concentrada para a conversão na energia desejada, o que pode ser usado para obter uma maior eficiência na captação da energia solar, explica Peter Krogstrup.

Um novo limite de eficiência

O típico limite de eficiência – o assim chamado “Limite de Shockley-Queisser” – é um limite que, por muitos anos, tem sido um marco de referência para a eficiência de células solares para os pesquisadores. Porém, agora, parece que esse limite pode ser superado.

“Para um pesquisador é entusiasmante poder mover um limite teórico, como todos sabem. Embora não pareça muito que o limite seja aumentado em alguns pontos percentuais, isso terá um grande impacto no desenvolvimento de células solares, na exploração de raios solares com nano-fios e talvez na extração de energia a nível internacional. No entanto, serão necessários alguns anos até que a produção [industrial] de células solares feitas com nano-fios se torne uma realidade”, declara Peter Krogstrup que acabou de completar seu PhD no Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhagen.

A pesquisa foi (e continua sendo) realizada em colaboração com o Laboratório de Materiais Semicondutores da Escola Politécnica Federal de Lausanne e a Fundação e a companhia SunFlake A / S. A presente descoberta corrobora os resultados publicados na Science em janeiro. Aqui, um grupo de pesquisadores de Lund, mostraram que os raios de Sol eram chupados para dentro dos nano-fios, devido à grande quantidade de energia que sua célula solar produzia.

 

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