Os físicos da Universidade de Warwick têm hoje, Quinta-feira, 19 de abril de 2018, publicou uma nova pesquisa no Fournal Ciência hoje, 19 de abril de 2018 (através das páginas do Journal's First Release), que poderia literalmente extrair mais energia das células solares, deformando fisicamente cada um dos cristais nos semicondutores usados ​​pelas células fotovoltaicas.

O artigo intitulado "Efeito Flexo-Fotovoltaico" foi escrito pelo Professor Marin Alexe, Ming-Min Yang, e Dong Jik Kim, que trabalham no Departamento de Física da Universidade de Warwick.

Os pesquisadores de Warwick observaram as restrições físicas no design atual da maioria das células solares comerciais, que colocam um limite absoluto em sua eficiência. A maioria das células solares comerciais são formadas por duas camadas, criando em seus limites uma junção entre dois tipos de semicondutores, tipo p com portadores de carga positiva (buracos que podem ser preenchidos por elétrons) e tipo n com portadores de carga negativa (elétrons).

Quando a luz é absorvida, a junção dos dois semicondutores sustenta um campo interno dividindo as portadoras fotoexcitadas em direções opostas, gerando uma corrente e voltagem através da junção. Sem essas junções, a energia não pode ser coletada e os portadores fotoexistidos irão simplesmente se recombinar rapidamente, eliminando qualquer carga elétrica.

Essa junção entre os dois semicondutores é fundamental para obter energia de tal célula solar, mas vem com um limite de eficiência. Este limite de Shockley-Queisser significa que de toda a energia contida na luz do sol incidindo sobre uma célula solar ideal em condições ideais, apenas um máximo de 33,7% pode ser transformado em eletricidade.

No entanto, há outra maneira de alguns materiais coletarem cargas produzidas pelos fótons do sol ou de outro lugar. O efeito fotovoltaico em massa ocorre em certos semicondutores e isoladores onde sua falta de simetria perfeita em torno de seu ponto central (sua estrutura não centrossimétrica) permite a geração de voltagem que pode ser realmente maior do que o gap desse material (o gap é o gap entre a banda de valência, a faixa mais alta de energias eletrônicas em que os elétrons estão normalmente presentes na temperatura de zero absoluto e a banda de condução onde a eletricidade pode fluir).

Infelizmente, os materiais que são conhecidos por exibir o efeito fotovoltaico anômalo têm eficiências de geração de energia muito baixas, e nunca são usados ​​em sistemas práticos de geração de energia.

A equipe de Warwick questionou se seria possível pegar os semicondutores que são eficazes em células solares comerciais e manipulá-los ou empurrá-los de alguma forma para que eles também pudessem ser forçados a uma estrutura não centrossimétrica e, possivelmente, também se beneficiar do efeito fotovoltaico em massa .

Para este artigo, eles decidiram tentar literalmente colocar esses semicondutores em forma usando pontas condutoras de dispositivos de microscopia de força atômica para um "nanoindentador" que eles usaram para comprimir e deformar cristais individuais de titanato de estrôncio (SrTiO3), Dióxido de titânio (TiO2), e silício (Si).

Eles descobriram que todos os três podiam ser deformados dessa maneira para também dar a eles uma estrutura não centrossimétrica e que eles eram, de fato, capazes de dar o efeito fotovoltaico em massa.

O professor Marin Alexe da Universidade de Warwick disse:

"Estender a gama de materiais que podem se beneficiar do efeito fotovoltaico em massa tem várias vantagens:não é necessário formar nenhum tipo de junção; qualquer semicondutor com melhor absorção de luz pode ser selecionado para células solares, e finalmente, o limite termodinâmico final da eficiência de conversão de energia, chamado Limite de Shockley-Queisser, Pode ser superado. Existem desafios de engenharia, mas deveria ser possível criar células solares onde um campo de pontas simples baseadas em vidro (cem milhões por cm2) pudesse ser mantido em tensão para deformar suficientemente cada cristal semicondutor. Se essa futura engenharia pudesse agregar até mesmo um único ponto percentual de eficiência, seria de imenso valor comercial para os fabricantes de células solares e fornecedores de energia. "