p Um relatório, publicado na edição de 14 de março do Journal of Materials Chemistry , anunciou a fabricação e teste bem-sucedidos de um novo tipo de célula solar usando uma estrutura de nanofio de núcleo / casca inorgânica. p Matrizes de nanofios de núcleo / casca (descritos como "cabos coaxiais quânticos") haviam sido teorizados anteriormente como uma estrutura potencial que, embora composto de materiais inorgânicos de grande lacuna de banda quimicamente mais estáveis, também deve ser capaz de absorver a ampla faixa de comprimentos de onda presentes na luz solar. Os semicondutores de alto bandgap são geralmente considerados não eficazes na absorção da maioria dos comprimentos de onda disponíveis na radiação solar por si próprios. Por exemplo, o óxido de zinco (ZnO) de alto bandgap é transparente no visível, mas absorvente na faixa ultravioleta, e, portanto, é amplamente utilizado em protetores solares, mas não foi considerado útil em células solares.

p No relatório, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Xiamen na China e da Universidade da Carolina do Norte em Charlotte descreveu com sucesso a criação de nanofios de óxido de zinco (ZnO) com um revestimento de seleneto de zinco (ZnSe) para formar uma estrutura de material conhecida como heterojunção tipo II que tem uma função significativa bandgap menor do que qualquer um dos materiais originais. A equipe relatou que matrizes de nanofios estruturados foram posteriormente capazes de absorver luz dos comprimentos de onda do visível e infravermelho próximo, e mostrar o uso potencial de materiais largos para um novo tipo de célula solar durável e acessível.

p "Os materiais de alto bandgap tendem a ser quimicamente mais estáveis ​​do que os semicondutores de baixo bandgap que temos atualmente, "observou o membro da equipe Yong Zhang, a Bissell Distinguished Professor no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação e no Energy Production and Infrastructure Center (EPIC) da University of North Carolina em Charlotte.

p "E essas estruturas de nanofios podem ser feitas usando uma tecnologia de custo muito baixo, usando uma técnica de deposição de vapor químico (CVD) para aumentar a matriz, "acrescentou." Em comparação, as células solares que usam silício e arsenieto de gálio exigem técnicas de produção mais caras. "

p Baseado em um conceito publicado na Nano Letters em 2007 por Zhang e colaboradores Lin-Wang Wang (Laboratório Nacional Lawrence Berkeley) e Angelo Mascarenhas (Laboratório Nacional de Energia Renovável), a matriz foi fabricada pelos atuais colaboradores de Zhang, Zhiming Wu, Jinjian Zheng, Xiangan Lin, Xiaohang Chen, Binwang Huang, Huiqiong Wang, Kai Huang, Shuping Li e Junyong Kang no Laboratório Fujian Key de Materiais Semicondutores e Aplicações do Departamento de Física da Universidade de Xiamen, China.

p As tentativas anteriores de usar materiais com alto intervalo de banda não usavam realmente os semicondutores para absorver luz, mas envolviam revesti-los com moléculas orgânicas (corantes) que realizavam a fotoabsorção e simplesmente transmitiam elétrons ao material semicondutor. Em contraste, os nanofios de heterojunção da equipe absorvem a luz diretamente e conduzem com eficiência uma corrente através de fios "coaxiais" de tamanho nano, que separam as cargas colocando os elétrons excitados nos núcleos de óxido de zinco dos fios e nos "buracos" nas conchas do seleneto de zinco.

p "Ao fazer uma arquitetura de heterojunção especial em nanoescala, também estamos fazendo nanofios coaxiais que são bons para a condutividade, "disse Zhang." Mesmo que você tenha uma boa absorção de luz e esteja criando pares de elétron-buraco, você precisa ser capaz de levá-los para o circuito para obter corrente, portanto, precisamos ter boa condutividade. Esses nanofios coaxiais são semelhantes aos cabos coaxiais da engenharia elétrica. Então, basicamente, temos dois canais de condução - o elétron indo para um lado no núcleo e o buraco indo para o outro lado na casca. "

p Os nanofios foram criados cultivando primeiro uma série de "fios" de cristal de óxido de zinco de seis lados a partir de uma película fina do mesmo material usando deposição de vapor. A técnica criou uma floresta de cristais de óxido de zinco em forma de agulha com lados lisos e diâmetros uniformes (40 a 80 nanômetros) ao longo de seu comprimento (aproximadamente 1,4 micrômetros). Uma concha de seleneto de zinco um pouco mais áspera foi então depositada para revestir todos os fios. Finalmente, um filme de óxido de índio e estanho (ITO) foi ligado ao revestimento de seleneto de zinco, e uma sonda de índio foi conectada ao filme de óxido de zinco, criando contatos para qualquer corrente gerada pela célula.

p "Medimos o dispositivo e mostramos que o limiar de fotorresposta era de 1,6 eV, "Zhang disse, observando que a célula era, portanto, eficaz na absorção de comprimentos de onda de luz do ultravioleta ao infravermelho próximo, uma faixa que cobre a maior parte da radiação solar que atinge a superfície da Terra.

p Embora o uso de nanofios para absorver a energia da luz seja uma inovação importante, talvez ainda mais importante seja o sucesso dos pesquisadores no uso de materiais semicondutores inorgânicos estáveis ​​com alto bandgap para um dispositivo de energia solar barato, mas eficaz.

p "Este é um novo mecanismo, uma vez que esses materiais não eram considerados diretamente úteis para células solares, "Disse Zhang. Ele enfatizou que as aplicações para o conceito não terminam aí, mas abrem a porta para a consideração de um maior número de materiais semicondutores de alto bandgap com propriedades materiais muito desejáveis ​​para várias aplicações relacionadas à energia solar, como a geração de hidrogênio por separação fotoeletroquímica da água.

p "O uso expandido de heteroestruturas em nanoescala tipo II também estende seu uso para outras aplicações, tais como fotodetectores - detector de IR em particular, " ele notou.