Três é melhor! Combinação de materiais aumenta a eficiência dos painéis solares
Por Gustavo Minari | Editado por Douglas Ciriaco | 22 de Julho de 2021 às 16h16
Cientistas da Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU), na Alemanha, descobriram que a combinação de três cristais diferentes produz mil vezes mais energia. O aumento do efeito fotovoltaico desses materiais ferroelétricos ocorre quando eles são dispostos em uma rede capaz de gerar eletricidade, como células solares.
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Para conseguir esse incremento na produção de energia elétrica, os pesquisadores criaram camadas cristalinas de titanato de bário, titanato de estrôncio e titanato de cálcio, colocadas alternadamente umas sobre as outras, separando as cargas positivas das negativas em um mesmo dispositivo fotovoltaico.
"A separação de carga leva a uma estrutura assimétrica que permite que a eletricidade seja gerada a partir da luz. Ao contrário do silício, os cristais ferroelétricos não requerem a chamada junção PN para criar o efeito fotovoltaico e isso torna muito mais fácil produzir os painéis solares”, explica o professor de física Akash Bhatnagar, coautor do estudo.
Mistura
Como o silício usado na fabricação de células solares possui uma eficiência limitada, os pesquisadores testaram o titanato de bário como alternativa viável para produção de energia renovável. Como esse óxido sozinho não absorve muita eletricidade, eles resolveram combinar camadas extremamente finas de outros compostos para aumentar o rendimento das células.
Nesta nova abordagem, um material ferroelétrico específico é alternado com um material paraelétrico que não possui caragas separadas naturalmente, mas que se torna ferroelétrico em condições de baixas temperaturas ou quando sua estrutura química sofre algum tipo de alteração significativa.
"Nós incorporamos o titanato de bário entre o titanato de estrôncio e o titanato de cálcio. Isso foi obtido vaporizando os cristais com um laser de alta potência e recolocando-os em substratos portadores. Isso produziu um material de 500 camadas com cerca de 200 nanômetros de espessura", afirma o estudante de física Yeseul Yun, autor principal do estudo.
Resultados animadores
Na comparação com o titanato de bário puro, o novo material fotoelétrico irradiado com luz a laser teve um fluxo de corrente mil vezes mais forte e eficiente, mesmo com a redução da proporção do elemento base da mistura em quase dois terços. Esse resultado revela uma capacidade muito maior do composto para propagar e reter energia solar.
Além dessa vantagem, os cristais são significantemente mais duráveis, resistentes e não precisam de embalagens especiais para funcionar em ambientes externos. Essa característica é fundamental para a fabricação de painéis solares mais eficientes e que não requerem manutenção constante.
"A interação entre as camadas da rede parece levar a uma permissividade muito maior — em outras palavras, os elétrons conseguem fluir com muito mais facilidade devido à excitação dos fótons de luz. As medições também mostraram que este efeito é muito robusto, permanecendo quase constante ao longo de um período de seis meses”, comemora o professor Akash Bhatnagar.