domingo, 8 de fevereiro de 2015

Cristal de luz captura energia solar e ilumina-se por inteiro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/02/2015

Cristais de luz capturam energia solar e se iluminam por inteiro
Amostra de cristal de perovskita de 1 centímetro. [Imagem: Jinsong Huang]

Mas parece que a perovskita é ainda mais impressionante do que os cientistas tinham se dado conta a princípio - perovskita é uma família de semicondutores com a fórmula (CH3NH3)PbX3, onde o X pode ser iodo, bromo ou cloro.
As células silars de perovskita vieram para ficar, ainda mais que esse material pouco conhecido pode funcionar como célula solar de dia e tela à noite.
Cristal de luz
Imagine um painel solar feito de cristais puros e simples, visualmente sem diferença alguma de um pedaço plano de vidro - sem junções semicondutoras, sem transistores ou nenhum outro dispositivo parecido com as tradicionais células solares.
A luz atinge a superfície desse cristal e é absorvida, empurrando elétrons ao longo do material. Esses elétrons viajam facilmente através do cristal, até chegar a contatos elétricos instalados na sua parte inferior, onde são recolhidos na forma de corrente elétrica. Em outras palavras, um painel solar absolutamente "elegante", simples e transparente.
Agora imagine a sequência no sentido inverso - ao alimentar o material com eletricidade, pelos mesmos eletrodos, injeta-se elétrons no cristal e a energia é liberada na forma de luz. Em outras palavras, a folha de cristal brilha por inteiro, como uma lâmpada plana que pode ser feita em qualquer dimensão ou formato.
Esta é a possibilidade real traçada agora por duas equipes, que usaram técnicas diferentes e relataram seus resultados na revista Science.
Cristais de luz capturam energia solar e se iluminam por inteiro
Modelo atômico da estrutura híbrida - orgânica-inorgânica - dos cristais semicondutores de perovskita. [Imagem: Heno Hwang/Ivan Gromicho/King Abdullah University]
Cristais de perovskita
Dong Shi e seus colegas das universidades de Toronto (Canadá) e Rei Abdullah (Arábia Saudita) desenvolveram uma técnica para cultivar cristais de perovskita grandes e puros, o que permitiu estudar pela primeira vez em detalhes o que ocorre quando os elétrons movem-se pelo material, seja acionados pelos fótons e saindo como eletricidade, seja entrando como eletricidade e produzindo fótons.
"Nosso trabalho identifica a fronteira final para o potencial de coleta de energia solar das perovskitas. Tem havido uma corrida para tentar obter eficiências recordes com esses materiais, e nossos resultados indicam que o progresso está fadado a continuar sem diminuir de ritmo," resumiu Riccardo Comin, membro da equipe.
Wanyi Nie e colegas do Laboratório Los Alamos, nos Estados Unidos, usaram uma técnica diferente para cultivar cristais planos de perovskita de grande área, que alcançaram 18% de eficiência na conversão da luz solar em eletricidade sem qualquer trabalho adicional.
As células solares de perovskitas, em configurações mais complexas, já alcançaram a faixa dos 20% de eficiência, o que as coloca nos calcanhares das células solares de silício.
A equipe afirma que agora vai tentar bater novos recordes de eficiência juntando cristais de perovskita, excelentes absorvedores de luz visível, com pontos quânticos, excelentes absorvedores de luz infravermelha, de forma a aproveitar melhor todo o espectro da luz solar.
Outra área de atuação deverá ser o desenvolvimento de técnicas para ampliar a produção dos cristais de perovskita de grandes áreas, para que as promessas relatadas pela equipe possam começar a sair do laboratório.
Bibliografia:

Low trap-state density and long carrier diffusion in organolead trihalide perovskite single crystals
Dong Shi, Valerio Adinolfi, Riccardo Comin, Mingjian Yuan, Erkki Alarousu, Andrei Buin, Yin Chen, Sjoerd Hoogland, Alexander Rothenberger, Khabiboulakh Katsiev, Yaroslav Losovyj, Xin Zhang, Peter A. Dowben, Omar F. Mohammed, Edward H. Sargent, Osman M. Bakr
Science
Vol.: 347 no. 6221 pp. 519-522
DOI: 10.1126/science.aaa2725

High-efficiency solution-processed perovskite solar cells with millimeter-scale grains
Wanyi Nie, Hsinhan Tsai, Reza Asadpour, Jean-Christophe Blancon, Amanda J. Neukirch, Gautam Gupta, Jared J. Crochet, Manish Chhowalla, Sergei Tretiak, Muhammad A. Alam, Hsing-Lin Wang, Aditya D. Mohite
Science
Vol.: 347 no. 6221 pp. 522-525
DOI: 10.1126/science.aaa0472

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