p (PhysOrg.com) - Cientistas do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) refinaram uma técnica para fabricar células solares criando tubos de material semicondutor e "crescendo" polímeros diretamente dentro deles. O método tem potencial para ser significativamente mais barato do que o processo usado para fazer as células solares comerciais de hoje. p Como os custos de produção da geração atual de células solares as impedem de competir economicamente com os combustíveis fósseis, Os pesquisadores de Argonne estão trabalhando para repensar o design básico da célula solar. A maioria das células solares atuais usa silício cristalino ou telureto de cádmio, mas o cultivo de um cristal de alta pureza consome muita energia e mão de obra, tornando as células caras.

p A próxima geração, chamadas células solares híbridas, usa uma mistura de materiais orgânicos e inorgânicos mais baratos. Para combinar esses materiais de forma eficaz, Os pesquisadores da Argonne criaram uma nova técnica para cultivar polímeros orgânicos diretamente dentro dos nanotubos inorgânicos.

p Em seu nível mais básico, a tecnologia de células solares depende de uma série de processos iniciados quando os fótons, ou partículas de luz, golpeie o material semicondutor. Quando um fóton atinge a célula, excita um elétron fora de seu estado inicial, deixando para trás um "buraco" de carga positiva.

p As células solares híbridas contêm dois tipos separados de material semicondutor:um conduz elétrons, os outros buracos. Na junção entre os dois semicondutores, o par elétron-buraco é separado, criando uma corrente.

p No estudo, O nanocientista Seth Darling de Argonne e seus colegas da Argonne e da Universidade de Chicago tiveram que repensar a geometria dos dois materiais. Se os dois semicondutores forem colocados muito distantes, o par elétron-buraco morrerá em trânsito. Contudo, se eles estão embalados muito perto, as cargas separadas não sairão da célula.

p Ao projetar uma alternativa, os cientistas emparelharam um polímero conjugado doador de elétrons com o dióxido de titânio aceitador de elétrons (TiO ₂ )

p O dióxido de titânio prontamente forma tubos minúsculos com apenas dezenas de nanômetros de diâmetro - 10, 000 vezes menor que um cabelo humano. Fileiras de minúsculos, nanotubos uniformes brotam através de uma película de titânio que foi submersa em um banho eletroquímico.

p A próxima etapa exigia que os pesquisadores preenchessem os nanotubos com o polímero orgânico - um processo frustrante.

p "Preencher nanotubos com polímero é como tentar enfiar espaguete molhado em uma mesa cheia de pequenos orifícios, "Querida disse." O polímero acaba dobrando e torcendo, o que leva a ineficiências, tanto porque aprisiona bolsões de ar à medida que avança quanto porque os polímeros torcidos também não conduzem cargas.

p "Além disso, este polímero não gosta de dióxido de titânio, "Darling acrescentou." Então, ele se afasta da interface sempre que pode. "

p Tentando contornar este problema, a equipe teve a ideia de cultivar o polímero diretamente dentro dos tubos. Eles encheram os tubos com um precursor de polímero, ligou a luz ultravioleta, e deixe os polímeros crescerem dentro dos tubos.

p Crescido assim, o polímero não se intimida com o TiO ₂ . Na verdade, os testes sugerem que os dois materiais realmente se misturam no nível molecular; juntos, eles são capazes de capturar luz em comprimentos de onda inacessíveis a qualquer um dos dois materiais isoladamente. Este método "caseiro" é potencialmente muito menos caro do que o processo de uso intensivo de energia que produz os cristais de silício usados ​​nas células solares de hoje.

p Esses dispositivos superam dramaticamente aqueles fabricados preenchendo os nanotubos com polímero pré-crescido, produzindo cerca de 10 vezes mais eletricidade com a luz solar absorvida. As células solares produzidas por esta técnica, Contudo, atualmente não aproveitam tanta energia disponível da luz solar quanto as células de silício podem. Darling espera que novos experimentos melhorem a eficiência das células.

p Mais Informações: O papel, intitulado "Improved Hybrid Solar Cells via in situ UV Polymerization", foi publicado no jornal Pequena e está disponível online.

p Fornecido por Argonne National Laboratory (notícias:web)