Esqueça os painéis solares forrando telhados: cientistas do MIT conseguiram desenvolver uma forma de concentrar a energia solar com muito mais eficiência por meio de antenas. Em artigo publicado ontem pela revista Nature Materials, Michael Strano, professor de engenharia química e líder da equipe do estudo, explica a nova tecnologia desenvolvida.
No lugar de células fotovoltaicas convencionais, os pesquisadores desenvolveram pequenos spots que são minúsculas células fotovoltaicas que recebem fótons canalizados por antenas feitas com nanotubos de carbono. A nova tecnologia aumenta em 100 vezes a capacidade de dispositivos solares atuais e poderá ser utilizada em qualquer aplicação que necessite de luz concentrada, como binóculos de visão noturna e telescópios.
Como a antena foi feita
A antena consiste de uma corda fibrosa - cerca de 10 micrômetros (milésimos de um metro) de comprimento e quatro micrômetros de espessura - com 30 milhões de nanotubos de carbono. A equipe construiu, pela primeira vez, uma fibra formada por duas camadas de nanotubos com diferentes propriedades elétricas -- especificamente, diferentes "bandgaps".
Os elétrons podem existir em diferentes níveis de energia em qualquer material. Quando um fóton atinge a superfície, ele excita um elétron para um nível superior de energia, que é específico para cada material. A interação entre o elétron energizado e o buraco que deixa para trás é chamada um "excíton", e a diferença de níveis de energia entre o buraco e o elétron é conhecida como o "bandgap".
A camada interna da antena contém nanotubos com um pequeno bandgap e nanotubos na camada externa tem um alto bandgap. Isso é importante porque os excitons circulam da alta para a baixa energia. Neste caso, isso significa que o fluxo de excitons vai da camada externa para a camada interna, onde eles podem existir em um estado de energia mais baixo (mais animado ainda).
Portanto, quando a energia da luz atinge o material, todos os excitons fluem para o centro da fibra, onde estão concentrados. Strano e sua equipe ainda não construíram um dispositivo fotovoltaico com a antena, mas pretendem. Em um dispositivo desse tipo, a antena concentraria fótons antes que a célula fotovoltaica os convertesse em corrente elétrica. Isso poderia ser feito construindo a antena em torno de um núcleo de material semicondutor.
A interface entre os semicondutores e os nanotubos separaria o elétron do seu buraco deixado, com elétrons sendo coletados em um eletrodo e um elétron tocando o semicondutor interno. Os buracos seriam coletados por um eletrodo em contato com os nanotubos. Este sistema geraria corrente elétrica. A eficácia deste tipo de célula solar dependeria dos materiais utilizados para o eletrodo, de acordo com os pesquisadores.
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