Os físicos da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) provaram que a luz que entra faz com que os elétrons nas perovskitas quentes girem, influenciando assim a direção do fluxo da corrente elétrica. Eles encontraram, portanto, a chave para uma característica importante desses cristais, que pode desempenhar um papel importante no desenvolvimento de novas células solares. Os resultados já foram publicados em Proceedings of the National Academy of Sciences .

O sol é uma importante fonte de energia renovável. Sua energia de radiação fornece calor, e a luz solar pode ser convertida em eletricidade graças à energia fotovoltaica. Perovskitas, compostos cristalinos que podem ser simplesmente fabricados usando processos químicos, são considerados um material promissor para fotovoltaicos. Em condições de laboratório, protótipos alcançaram níveis surpreendentes de eficiência.

Não se sabe exatamente por que os perovskitas são tão poderosos. “Dois fatores são decisivos para gerar energia elétrica a partir da luz do sol de maneira econômica, "diz o Dr. Daniel Niesner da cadeira de Física do Estado Sólido da FAU." Por um lado, a luz deve excitar o máximo de elétrons possível em uma camada que é o mais fina possível. No outro, os elétrons devem ser capazes de fluir o mais livremente possível para os eletrodos que captam a corrente. "

Os pesquisadores suspeitam que os perovskitas fazem um uso particularmente bom da rotação dos elétrons para um fluxo eficiente de corrente. "Cada elétron tem spin, semelhante à rotação intrínseca de uma bola de bilhar, "explica Niesner." Como no caso das bolas de bilhar, onde o giro da mão esquerda ou direita quando são atingidos com o taco leva a um caminho curvo na mesa, os cientistas suspeitam que a rotação e o movimento para a frente dos elétrons nas perovskitas também podem estar ligados. "

Estrutura atômica ordenada

Os físicos da FAU em Erlangen já confirmaram essa suspeita pela primeira vez. Em seus experimentos, eles usaram um laser cuja luz também tem spin ou uma direção de rotação. O resultado:se um cristal for exposto à luz girando para a esquerda, os elétrons se movem para a esquerda. Se a direção da luz for invertida, a direção do fluxo de elétrons também se inverte. "Os experimentos demonstram claramente que a direção de rotação dos elétrons e a direção do fluxo da corrente estão ligadas."

Até agora, os cientistas presumiram que a estrutura atômica das perovskitas era muito "ordenada" para tal comportamento. Na verdade, experimentos com cristais de perovskita resfriados mostram apenas uma ligação muito fraca entre a direção de rotação dos elétrons e a direção do fluxo de corrente. "Isso muda, Contudo, quando os cristais são aquecidos à temperatura ambiente porque o movimento dos átomos leva a desvios flutuantes da estrutura altamente ordenada, ", diz Nieser." O calor permite que os cristais de perovskita liguem a direção de rotação e fluxo dos elétrons. Um cristal 'normal' não poderia fazer isso. "

A descoberta da conexão entre calor e spin nos elétrons significa que os pesquisadores da FAU descobriram um aspecto vital do fluxo incomum de corrente nas perovskitas. Seu trabalho pode contribuir para melhorar a compreensão da alta eficiência energética desses cristais e para desenvolver novos materiais para energia fotovoltaica no futuro.