(PhysOrg.com) - Estudos feitos por Mark Lusk e colegas da Escola de Minas do Colorado podem melhorar significativamente a eficiência das células solares. Seu trabalho mais recente descreve como o tamanho das partículas que absorvem luz - pontos quânticos - afeta a capacidade das partículas de transferir energia aos elétrons para gerar eletricidade.

Os resultados são publicados na edição de abril da revista. ACS Nano .

O avanço fornece evidências para apoiar uma ideia controversa, chamado de geração múltipla de excitons (MEG), que teoriza que é possível para um elétron que absorveu a energia da luz, chamado de exciton, para transferir essa energia para mais de um elétron, resultando em mais eletricidade da mesma quantidade de luz absorvida.

Os pontos quânticos são átomos feitos pelo homem que confinam os elétrons em um pequeno espaço. Eles têm um comportamento semelhante ao atômico que resulta em propriedades eletrônicas incomuns em nanoescala. Essas propriedades únicas podem ser particularmente valiosas na adaptação da forma como a luz interage com a matéria.

A verificação experimental da ligação entre o MEG e o tamanho do ponto quântico é um tema quente devido a um grande grau de variação em estudos publicados anteriormente. A capacidade de gerar uma corrente elétrica seguindo o MEG agora está recebendo muita atenção porque será um componente necessário de qualquer realização comercial do MEG.

Para este estudo, Lusk e colaboradores usaram um cluster de computador de alto desempenho com suporte da National Science Foundation (NSF) para quantificar a relação entre a taxa de MEG e o tamanho do ponto quântico.

Eles descobriram que cada ponto tem uma fatia do espectro solar para a qual é mais adequado para realizar MEG e que pontos menores realizam MEG para sua fatia com mais eficiência do que pontos maiores. Isso implica que as células solares feitas de pontos quânticos especificamente sintonizados com o espectro solar seriam muito mais eficientes do que células solares feitas de material não fabricado com pontos quânticos.

De acordo com Lusk, "Agora podemos projetar materiais nanoestruturados que geram mais de um exciton a partir de um único fóton de luz, colocar em bom uso uma grande parte da energia que, de outra forma, apenas aqueceria uma célula solar. "

A equipe de pesquisa, que inclui a participação do Laboratório Nacional de Energias Renováveis, faz parte do Centro de Engenharia e Pesquisa de Materiais de Energia Renovável financiado pela NSF na Escola de Minas do Colorado em Golden, Colo. O centro concentra-se em materiais e inovações que irão impactar significativamente as tecnologias de energia renovável. Aproveitar as propriedades únicas de materiais nanoestruturados para melhorar o desempenho dos painéis solares é uma área de particular interesse para o centro.

"Esses resultados são empolgantes porque vão longe no sentido de resolver um debate de longa data no campo, "disse Mary Galvin, um diretor de programa da Divisão de Pesquisa de Materiais da NSF. "Igualmente importante, eles contribuirão para o estabelecimento de novas técnicas de design que podem ser usadas para fazer células solares mais eficientes. "