Um tipo relativamente novo de semicondutor, em camadas sobre uma estrutura semelhante a um espelho, pode imitar a maneira como as folhas movem a energia do sol por distâncias relativamente longas antes de usá-lo para alimentar reações químicas. A abordagem pode um dia melhorar a eficiência das células solares.
"O transporte de energia é uma das etapas cruciais para a captação e conversão de energia solar em células solares", disse Bin Liu, pesquisador de pós-doutorado em engenharia elétrica e de computação e primeiro autor do estudo na revista Optica .

“Criamos uma estrutura que pode suportar estados híbridos de mistura de matéria leve, permitindo transporte de energia eficiente e excepcionalmente de longo alcance”.

Uma das maneiras pelas quais as células solares perdem energia é nas correntes de fuga geradas na ausência de luz. Isso ocorre na parte da célula solar que pega os elétrons carregados negativamente e os "buracos" carregados positivamente, gerados pela absorção da luz, e os separa em uma junção entre diferentes semicondutores para criar uma corrente elétrica.

Em uma célula solar convencional, a área de junção é tão grande quanto a área que coleta a luz, de modo que os elétrons e buracos não precisam ir muito longe para alcançá-la. Mas a desvantagem é a perda de energia dessas correntes de fuga.

A natureza minimiza essas perdas na fotossíntese com grandes "complexos de antena" de coleta de luz nos cloroplastos e os "centros de reação" muito menores, onde os elétrons e buracos são separados para uso na produção de açúcar. No entanto, esses pares elétron-buraco, conhecidos como excitons, são muito difíceis de transportar por longas distâncias em semicondutores.

Liu explicou que os complexos fotossintéticos podem gerenciá-lo graças às suas estruturas altamente ordenadas, mas os materiais feitos pelo homem são normalmente muito imperfeitos.

O novo dispositivo contorna esse problema não convertendo totalmente os fótons em excitons - em vez disso, eles mantêm suas qualidades semelhantes à luz. A mistura fóton-elétron-buraco é conhecida como polariton. Na forma de polariton, suas propriedades semelhantes à luz permitem que a energia atravesse rapidamente distâncias relativamente grandes de 0,1 milímetro, que é ainda mais longe do que as distâncias que os excitons percorrem dentro das folhas.

A equipe criou os polaritons colocando em camadas o fino semicondutor de absorção de luz sobre uma estrutura fotônica que se assemelha a um espelho e, em seguida, iluminando-o. Essa parte do dispositivo funciona como o complexo de antenas nos cloroplastos, coletando energia luminosa em uma grande área. Com a ajuda da estrutura semelhante a um espelho, o semicondutor canalizou os polaritons para um detector, que os converteu em corrente elétrica.

"A vantagem desse arranjo é que ele tem o potencial de aumentar muito a eficiência de geração de energia das células solares convencionais, onde as regiões de coleta de luz e separação de carga coexistem na mesma área", disse Stephen Forrest, professor da Universidade Peter A. Franken. de Engenharia, que liderou a pesquisa.

Embora a equipe saiba que o transporte de energia está acontecendo em seu sistema, eles não têm certeza absoluta de que a energia está se movendo continuamente na forma de um polariton. Pode ser que o fóton surfe sobre uma série de excitons no caminho para o detector. Eles deixam esse detalhe fundamental para trabalhos futuros, bem como a questão de como construir dispositivos eficientes de coleta de luz que aproveitem a transferência de energia semelhante à fotossíntese. + Explorar mais

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