Antenas são desenvolvidas para canalizar energia do Sol

Equipe desenvolveu pequenos spots que são minúsculas células fotovoltaicas que recebem fótons canalizados por antenas feitas com nanotubos.

taniager

13 Setembro 2010 | 15h04

Este filamento contendo cerca de 30 milhões de nanotubos de carbono absorve energia do Sol como fótons e, em seguida, redireciona os fótons de mais baixa energia, criando a fluorescência vista aqui. As regiões vermelhas indicam maior intensidade energética e verde e azul são as de menor intensidade. Crédito: cortesia de Geraldine Paulus.

Este filamento contendo cerca de 30 milhões de nanotubos de carbono absorve energia do Sol como fótons e, em seguida, redireciona os fótons de mais baixa energia, criando a fluorescência vista aqui. As regiões vermelhas indicam maior intensidade energética e verde e azul são as de menor intensidade. Crédito: cortesia de Geraldine Paulus.

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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