p (Phys.org) —Uma janela de casa que funciona como um painel solar pode estar no horizonte, graças ao recente trabalho de pontos quânticos de pesquisadores do Laboratório Nacional de Los Alamos em colaboração com cientistas da Universidade de Milano-Bicocca (UNIMIB), Itália. Seu projeto demonstra que as propriedades superiores de emissão de luz dos pontos quânticos podem ser aplicadas na energia solar, ajudando a coletar a luz solar de forma mais eficiente. p "A principal realização é a demonstração de concentradores solares luminescentes de grande área que usam uma nova geração de pontos quânticos especialmente projetados, "disse o pesquisador principal Victor Klimov do Centro de Fotofísica Solar Avançada (CASP) em Los Alamos.

p Os pontos quânticos são fragmentos ultrapequenos de matéria semicondutora que podem ser sintetizados com precisão quase atômica por meio de métodos modernos de química coloidal. Sua cor de emissão pode ser ajustada simplesmente variando suas dimensões. A capacidade de ajuste da cor é combinada com altas eficiências de emissão que se aproximam de 100 por cento. Essas propriedades tornaram-se recentemente a base de uma nova tecnologia - telas de pontos quânticos - empregadas, por exemplo, na mais nova geração do e-reader Kindle Fire.

p Antenas coletoras de luz

p Um concentrador solar luminescente (LSC) é um dispositivo de gerenciamento de fótons, representando uma placa de material transparente que contém emissores altamente eficientes, como moléculas de corante ou pontos quânticos. A luz solar absorvida pela placa é re-irradiada em comprimentos de onda mais longos e direcionada para a borda da placa equipada com uma célula solar.

p Klimov explicou, "O LSC serve como uma antena coletora de luz que concentra a radiação solar coletada de uma grande área em uma célula solar muito menor, e isso aumenta sua potência de saída. "

p "LSCs são especialmente atraentes porque, além de ganhos de eficiência, eles podem permitir novos conceitos interessantes, como janelas fotovoltaicas que podem transformar fachadas de casas em unidades de geração de energia de grandes áreas, "disse Sergio Brovelli, que trabalhou em Los Alamos até 2012 e agora é docente da UNIMIB.

p Por ser altamente eficiente, emissão ajustável por cor e processabilidade da solução, pontos quânticos são materiais atraentes para uso de baixo custo, LSCs de grande área. Um desafio, Contudo, é uma sobreposição entre as bandas de emissão e absorção nos pontos, o que leva a perdas de luz significativas devido à reabsorção dos pontos de parte da luz que produzem.

p "Gigante", mas ainda pequeno, pontos de engenharia

p Para superar esse problema, os pesquisadores de Los Alamos e da UNIMIB desenvolveram LSCs com base em pontos quânticos com grande separação artificialmente induzida entre as bandas de emissão e absorção (chamada de grande deslocamento de Stokes).

p Esses pontos quânticos projetados "Stokes-shift" representam estruturas de seleneto de cádmio / sulfeto de cádmio (CdSe / CdS) nas quais a absorção de luz é dominada por uma camada externa ultra-espessa de CdS, enquanto a emissão ocorre a partir do núcleo interno de uma lacuna mais estreita CdSe. A separação das funções de absorção e emissão de luz entre as duas partes diferentes da nanoestrutura resulta em uma grande mudança espectral de emissão em relação à absorção, o que reduz muito as perdas por reabsorção.

p Para implementar este conceito, Os pesquisadores de Los Alamos criaram uma série de pontos quânticos CdSe / CdS de casca grossa (chamados de "gigantes"), que foram incorporados por seus parceiros italianos em grandes placas (dimensionadas em dezenas de centímetros) de polimetilmetacrilato (PMMA). Embora seja grande para os padrões de pontos quânticos, as partículas ativas ainda são minúsculas - apenas cerca de cem angstroms de diâmetro. Para comparação, um cabelo humano tem cerca de 500, 000 angstroms de largura.

p "A chave para o sucesso deste projeto foi o uso de um método industrial modificado de fundição de células, desenvolvemos no Departamento de Ciência de Materiais da UNIMIB "disse Francesco Meinardi, professor de Física da UNIMIB.

p As medições espectroscópicas indicaram virtualmente nenhuma perda de reabsorção em distâncias de dezenas de centímetros. Avançar, testes usando radiação solar simulada demonstraram altas eficiências de coleta de fótons de aproximadamente 10% por fóton absorvido alcançável em amostras quase transparentes, perfeitamente adequado para utilização como janelas fotovoltaicas.

p Apesar de sua alta transparência, as estruturas fabricadas mostraram aumento significativo do fluxo solar com o fator de concentração de mais de quatro. Esses resultados empolgantes indicam que os pontos quânticos "projetados por Stokes-shift" representam uma plataforma de materiais promissora. Pode permitir a criação de LSCs de grande área processáveis ​​por solução com espectros de emissão e absorção ajustáveis ​​de forma independente.

p Um artigo de pesquisa, "Concentradores solares luminescentes de grande área baseados em nanocristais projetados por 'Stokes-shift' em uma matriz de PMMA polimerizada em massa, "é publicado online esta semana em Nature Photonics .