Pode haver muitos materiais orgânicos e inorgânicos negligenciados que poderiam ser usados ​​para aproveitar a luz solar subaquática e alimentar veículos submersíveis autônomos de forma eficiente, relatório de pesquisadores da New York University. Sua pesquisa, publicação de 18 de março na revista Joule , desenvolve diretrizes para valores ideais de gap em uma faixa de profundidades aquosas, demonstrando que vários semicondutores de gap de banda larga, em vez dos semicondutores de banda estreita usados ​​nas células solares de silício tradicionais, estão melhor equipados para uso subaquático.

"Até aqui, a tendência geral tem sido usar células de silício tradicionais, que mostramos estão longe do ideal quando você atinge uma profundidade significativa, pois o silício absorve uma grande quantidade de luz vermelha e infravermelha, que também é absorvido pela água - especialmente em grandes profundidades, "diz Jason A. Röhr, um pós-doutorando associado no laboratório de Materiais e Dispositivos Transformativos do Prof. André D. Taylor na Tandon School of Engineering da New York University e um autor do estudo. "Com nossas diretrizes, mais materiais ideais podem ser desenvolvidos. "

Veículos subaquáticos, como aqueles usados ​​para explorar o oceano abissal, estão atualmente limitados por energia onshore ou baterias ineficientes a bordo, evitando viagens em distâncias e períodos de tempo mais longos. Mas, embora a tecnologia de células solares que já decolou em terra e no espaço pudesse dar a esses submersíveis mais liberdade de locomoção, o mundo aquoso apresenta desafios únicos. A água se espalha e absorve muito do espectro de luz visível, absorvendo comprimentos de onda solares vermelhos, mesmo em profundidades rasas, antes que as células solares baseadas em silício tivessem a chance de capturá-los.

A maioria das tentativas anteriores de desenvolver células solares subaquáticas foram construídas de silício ou silício amorfo, cada um com intervalos de banda estreitos mais adequados para absorver a luz em terra. Contudo, a luz azul e amarela consegue penetrar profundamente na coluna de água, mesmo quando outros comprimentos de onda diminuem, sugerir que semicondutores com lacunas de banda mais amplas não encontradas em células solares tradicionais podem fornecer um ajuste melhor para o fornecimento de energia subaquática.

Para entender melhor o potencial das células solares subaquáticas, Röhr e colegas avaliaram corpos d'água que variam das regiões mais claras dos oceanos Atlântico e Pacífico a um lago turvo da Finlândia, usando um modelo de equilíbrio detalhado para medir os limites de eficiência para células solares em cada local. As células solares foram mostradas para coletar energia do sol até profundidades de 50 metros nos corpos de água mais límpidos da Terra, com águas geladas aumentando ainda mais a eficiência das células.

Os cálculos dos pesquisadores revelaram que os absorvedores de células solares funcionariam melhor com um intervalo de banda ideal de cerca de 1,8 elétronvolts a uma profundidade de dois metros e cerca de 2,4 elétronvolts a uma profundidade de 50 metros. Esses valores permaneceram consistentes em todas as fontes de água estudadas, sugerindo que as células solares podem ser adaptadas para profundidades operacionais específicas, em vez de locais de água.

Röhr observa que células solares produzidas a baixo custo feitas de materiais orgânicos, que são conhecidos por ter um bom desempenho em condições de pouca luz, assim como ligas feitas com elementos dos grupos três e cinco da tabela periódica podem ser ideais em águas profundas. E embora a substância dos semicondutores seja diferente das células solares usadas em terra, o design geral permaneceria relativamente semelhante.

"Embora os materiais de colheita do sol tenham que mudar, o design geral não teria necessariamente que mudar tanto, "diz Röhr." Painéis solares de silício tradicionais, como os que você pode encontrar no seu telhado, são encapsulados para proibir danos ao meio ambiente. Estudos mostraram que esses painéis podem ser imersos e operados em água por meses sem sofrer danos significativos aos painéis. Métodos de encapsulamento semelhantes poderiam ser empregados para novos painéis solares feitos de materiais ideais. "Agora que eles descobriram o que torna as células solares subaquáticas eficazes, os pesquisadores planejam começar a desenvolver materiais ideais.

"Isto é onde a diversão começa!" diz Röhr. "Já investigamos células solares orgânicas não encapsuladas, que são altamente estáveis ​​na água, mas ainda precisamos mostrar que essas células podem se tornar mais eficientes do que as células tradicionais. Dada a capacidade de nossos colegas em todo o mundo, temos certeza de que veremos essas novas e estimulantes células solares no mercado em um futuro próximo. "