p O sol fornece energia mais do que suficiente para todas as nossas necessidades, se pudéssemos controlá-lo de forma barata e eficiente. A energia solar pode fornecer uma alternativa limpa aos combustíveis fósseis, mas o alto custo das células solares tem sido uma grande barreira para seu uso generalizado. p Pesquisadores de Stanford descobriram que adicionar uma única camada de moléculas orgânicas a uma célula solar pode aumentar sua eficiência em três vezes e pode tornar-se mais barato, painéis solares mais eficientes. Seus resultados foram publicados online em ACS Nano em 7 de fevereiro.

p A professora de engenharia química Stacey Bent começou a se interessar por um novo tipo de tecnologia solar há dois anos. Essas células solares usavam minúsculas partículas de semicondutores chamadas de "pontos quânticos". As células solares de pontos quânticos são mais baratas de produzir do que as tradicionais, pois eles podem ser feitos usando reações químicas simples. Mas apesar de sua promessa, eles ficaram bem atrás das células solares existentes em eficiência.

p "Gostaria de saber se poderíamos usar nosso conhecimento de química para melhorar sua eficiência, "
Bent disse. Se ela pudesse fazer isso, o custo reduzido dessas células solares pode levar à adoção em massa da tecnologia.

p Bent discutirá sua pesquisa no domingo, 20 de fevereiro, na reunião anual da Associação Americana para o Avanço da Ciência em Washington, D.C.

p Em princípio, as células de pontos quânticos podem atingir uma eficiência muito maior, Bent disse, devido a uma limitação fundamental das células solares tradicionais.

p As células solares funcionam usando a energia do sol para excitar os elétrons. Os elétrons excitados saltam de um nível de energia inferior para um superior, deixando para trás um "buraco" onde o elétron costumava estar. As células solares usam um semicondutor para puxar um elétron em uma direção, e outro material para puxar o buraco na outra direção. Esse fluxo de elétrons e lacunas em diferentes direções leva a uma corrente elétrica.

p Mas é necessária uma certa energia mínima para separar totalmente o elétron e o buraco. A quantidade de energia necessária é específica para diferentes materiais e afeta a cor, ou comprimento de onda, de luz, o material absorve melhor. O silício é comumente usado para fazer células solares porque a energia necessária para excitar seus elétrons corresponde aproximadamente ao comprimento de onda da luz visível.

p Mas as células solares feitas de um único material têm uma eficiência máxima de cerca de 31 por cento, uma limitação do nível de energia fixa que podem absorver.

p As células solares de pontos quânticos não compartilham dessa limitação e podem, em teoria, ser muito mais eficientes. Os níveis de energia dos elétrons em semicondutores de pontos quânticos dependem de seu tamanho - quanto menor o ponto quântico, quanto maior a energia necessária para excitar os elétrons para o próximo nível.

p Assim, os pontos quânticos podem ser ajustados para absorver um determinado comprimento de onda da luz apenas mudando seu tamanho. E eles podem ser usados ​​para construir células solares mais complexas que têm mais de um tamanho de ponto quântico, permitindo-lhes absorver vários comprimentos de onda de luz.

p Por causa dessas vantagens, Bent e seus alunos têm investigado maneiras de melhorar a eficiência das células solares de pontos quânticos, junto com o professor associado Michael McGehee do departamento de Ciência e Engenharia de Materiais.

p Os pesquisadores revestiram um semicondutor de dióxido de titânio em sua célula solar de pontos quânticos com uma camada única muito fina de moléculas orgânicas. Essas moléculas se auto-montaram, o que significa que suas interações os levaram a empacotar juntos de uma forma ordenada. Os pontos quânticos estavam presentes na interface desta camada orgânica e do semicondutor. Os alunos de Bent tentaram várias moléculas orgânicas diferentes na tentativa de aprender quais delas aumentariam mais a eficiência das células solares.

p Mas ela descobriu que a molécula exata não importava - apenas ter uma única camada orgânica com menos de um nanômetro de espessura era suficiente para triplicar a eficiência das células solares. "Nós ficamos surpresos, pensamos que seria muito sensível ao que colocamos, "disse Bent.

p Mas ela disse que o resultado fazia sentido em retrospectiva, e os pesquisadores criaram um novo modelo - é o comprimento da molécula, e não sua natureza exata, aquilo importa. Moléculas muito longas não permitem que os pontos quânticos interajam bem com o semicondutor.

p A teoria de Bent é que, uma vez que a energia do sol cria um elétron e um buraco, a fina camada orgânica ajuda a mantê-los separados, impedindo-os de se recombinarem e serem desperdiçados. O grupo ainda precisa otimizar as células solares, e eles atualmente alcançaram uma eficiência de, no máximo, 0,4 por cento. Mas o grupo pode ajustar vários aspectos da célula, e uma vez que eles fazem, o aumento de três vezes causado pela camada orgânica seria ainda mais significativo.

p Bent disse que os pontos quânticos de sulfeto de cádmio que ela está usando atualmente não são ideais para células solares, e o grupo experimentará diferentes materiais. Ela disse que também tentaria outras moléculas para a camada orgânica, e poderia mudar o design da célula solar para tentar absorver mais luz e produzir mais carga elétrica. Depois que Bent encontrou uma maneira de aumentar a eficiência das células solares de pontos quânticos, ela disse que espera que seu custo menor leve a uma aceitação mais ampla da energia solar.