A maioria das células fotovoltaicas é feita de silício, mas atingimos o limite teórico do que o silício pode oferecer. É por isso que estão sendo investigados materiais mais eficientes e novas estruturas capazes de converter uma maior quantidade de energia solar em eletricidade.
Las superredes ou redes de heteroestruturas (em inglês, ‘estruturas super-redes’) não são propriamente um conceito novo, foram introduzidos em 1974. Mas o seu desenvolvimento nos últimos anos tem sido intenso e promissor, especialmente na utilização de perovskitas para o fabrico de células fotovoltaicas.
Essas estruturas são formadas pelo empilhamento de camadas alternadas de diferentes materiais condutores. As camadas têm espessura nanométrica (apenas algumas centenas de átomos) e se encaixam intrinsecamente para formar um dispositivo eletrônico.
Um fluxo extraordinário de corrente
Na Alemanha, pesquisadores da Universidade Martin Luther de Halle-Wittenberg fabricaram uma célula fotovoltaica que substituir silício por uma heteroestrutura de três materiais. Especificamente, eles colocaram alternadamente camadas cristalinas de titanato de bário, titanato de estrôncio e titanato de cálcio: material ferroelétrico alternando com dois materiais paraelétricos diferentes.
“Incorporamos o titanato de bário entre o titanato de estrôncio e o titanato de cálcio”, explica o físico Yeseul Yun, principal autor do estudo. “Isso foi conseguido vaporizando os cristais com um laser de alta potência e depositando-os novamente em substratos transportadores, produzindo um material composto por 500 camadas com cerca de 200 nanômetros de espessura.”
Os cientistas irradiaram o dispositivo com um laser durante as medições e descobriram que a alternância periódica dos três cristais multiplicou o efeito fotovoltaico por 1.000 do material ferroelétrico (titanato de bário) em seu estado puro. A heteroestrutura cristalina aumentou extraordinariamente o fluxo de corrente.
Os pesquisadores ainda não sabem realmente por quê. De certa forma, a interação entre as camadas permite que os elétrons fluam com muito mais facilidade quando excitados por fótons de luz.
O melhor de tudo é que os cristais mantiveram um fluxo constante em todas as faixas de temperatura. durante um período de seis meses. Isto é importante porque o maior desafio para as perovskitas, consideradas o Santo Graal da energia solar, é a sua rápida degradação.
Mas a maior vantagem dos materiais ferroelétricos é que eles são baratos e fáceis de produzir em comparação ao silício porque, por separarem naturalmente suas cargas, não necessitam de junção PN, ou seja, camadas dopadas positiva ou negativamente.
Há muitas boas promessas, mas a ideia é incipiente e é necessária muito mais investigação para a ampliar e chegar aos painéis solares nos nossos telhados. A questão que os cientistas querem resolver primeiro é: podemos misturar outros materiais para conseguir uma geração ainda maior de eletricidade?
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