p Prevenir a recombinação de cargas livres produzidas quando a luz atinge uma célula solar é um dos principais objetivos dos engenheiros que tentam extrair o máximo de eficiência de conversão de energia de seus dispositivos. Uma maneira de conseguir isso é construir na célula uma 'heterojunção' entre semicondutores do tipo positivo (p) e negativo (n), o que permite que a carga positiva e negativa induzida pela luz escape da célula movendo-se em direções opostas na interface de heterojunção. Mingyong Han no Instituto A * STAR de Pesquisa de Materiais e Engenharia e colegas de trabalho1 descobriram agora uma maneira de produzir heterojunções em nanoescala de alta qualidade, preparando o terreno para dispositivos fotovoltaicos mais baratos e mais eficientes. p Cristais semicondutores em nanoescala fornecem área de superfície aprimorada para absorção de luz e também são mais baratos de produzir do que as estruturas celulares convencionais com padrão de litografia. Contudo, tem sido extremamente difícil formar heterojunções de alta qualidade entre semicondutores do tipo n e p de uma forma que alcance o contato íntimo entre os cristais necessário para melhorar o desempenho do dispositivo.

p Resolver este problema requer uma técnica que pode ligar os dois semicondutores quimicamente. Estudos anteriores produziram nanocristais binários com uma estrutura esférica de ‘núcleo-casca’. Infelizmente, a heterojunção baseada nesses nanocristais tem baixa eficiência de conversão de energia porque a luz tem dificuldade em atingir o núcleo interno. Han e seus colegas de trabalho superaram esse problema adotando uma rota diferente para a síntese.

p Primeiro, os pesquisadores usaram uma mistura de surfactantes sob condições térmicas quentes para produzir sulfeto de cobre (I) (CuxS), um semicondutor tipo p bem conhecido, em discos hexagonais de formas distintas, com aproximadamente 40 nanômetros de largura e 15 nanômetros de espessura. As facetas bem definidas desses novos materiais permitiram aos pesquisadores nuclear a cristalização de sulfeto de cádmio tipo n (CdS) nas bordas externas dos cristais.

p Próximo, através de um processo conhecido como troca catiônica, os pesquisadores persuadiram os cristais do tipo n a crescerem para dentro, efetivamente convertendo quimicamente uma parte dos discos CuxS em CdS. “Este método resulta em nano-heteroestruturas com a mesma morfologia do material original, ”Diz Han. Ao otimizar cuidadosamente as condições de reação, os pesquisadores transformaram o nanodisco hexagonal em um nanodisco perfeitamente simétrico, heterojunção lado a lado. Metais de zinco também foram incorporados à interface para ajustar ainda mais seu desempenho elétrico.

p Han observa que a heteroestrutura CuxS – CdS é promissora para a tecnologia de células solares por causa de sua superfície duplamente acessível e um alinhamento de banda de energia que impulsiona a separação de carga forte. A equipe também espera sintetizar uma ampla gama de novos pares de semicondutores com esta técnica de um único recipiente, aproveitando as propriedades de cristalização extraordinárias do sistema.