p Os visitantes do Statuary Hall no edifício do Capitólio dos EUA podem ter experimentado um curioso recurso acústico que permite a uma pessoa sussurrar suavemente em um lado da caverna, sala semi-abobadada e outra do outro lado para ouvir cada sílaba. O som é espalhado pelo perímetro semicircular da sala quase sem falhas. O fenômeno é conhecido como uma galeria de sussurros. p Em um artigo publicado em Nature Communications , uma equipe de engenheiros de Stanford descreve como ele criou minúsculas esferas ocas de silício nanocristalino fotovoltaico e aproveitou a física para fazer pela luz o que salas circulares fazem pelo som. Os resultados, dizem os engenheiros, poderia reduzir drasticamente o uso de materiais e o custo de processamento.

p "O silício nanocristalino é um ótimo material fotovoltaico. Ele tem uma alta eficiência elétrica e é durável no sol forte, "disse Shanhui Fan, professor de engenharia elétrica em Stanford e co-autor do artigo. "Ambos foram desafios para outros tipos de filmes solares finos."

p A queda do silício nanocristalino, Contudo, tem sido sua relativa má absorção de luz, que requer camadas espessas que levam muito tempo para serem fabricadas.

p Galerias sussurrantes

p Os engenheiros chamam suas esferas de nanoconchas. Produzir as conchas requer um pouco de magia de engenharia. Os pesquisadores primeiro criam pequenas bolas de sílica - o mesmo material de que o vidro é feito - e as revestem com uma camada de silício. Eles então decapam o centro do vidro usando ácido fluorídrico que não afeta o silício, deixando para trás a importante concha sensível à luz. Essas conchas formam galerias óticas que captam e recirculam a luz.

p "A luz fica presa dentro das nanoconchas, "disse Yi Cui, professor associado de engenharia científica de materiais em Stanford e autor sênior do artigo. "Ele circula em círculos, em vez de passar, e isso é muito desejável para aplicações solares."

p Os pesquisadores estimam que a luz circule ao redor da circunferência das conchas algumas vezes, durante as quais a energia da luz é absorvida gradualmente pelo silício. Quanto mais eles conseguem manter a luz no material, melhor será a absorção.

p "Esta é uma nova abordagem para a absorção de luz de banda larga. O uso de modos ressonantes de galeria sussurrante dentro de nanoconchas é muito empolgante, "disse Yan Yao, um pesquisador de pós-doutorado no Laboratório Cui e um co-autor principal do artigo. "Não só pode levar a melhores células solares, mas pode ser aplicado em outras áreas onde a absorção de luz eficiente é importante, como combustíveis solares e fotodetectores. "

p Em bons e maus momentos

p Ao medir a absorção de luz em uma única camada de nanoconchas, a equipe mostrou significativamente mais absorção em um espectro mais amplo de luz do que uma camada plana de silício depositada lado a lado com as nanoconchas.

p "As conchas esféricas nanométricas realmente atingem um ponto ideal e maximizam a eficiência de absorção do filme. As conchas permitem que a luz entre no filme facilmente e a prendem de modo a aumentar a absorção de uma forma que as contrapartes em escala maior não podem. o poder da nanotecnologia, "disse Jie Yao, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Cui e co-autor principal do artigo.

p Avançar, depositando duas ou até três camadas de nanoconchas uma sobre a outra, a equipe provocou a absorção ainda mais alta. Com uma estrutura de três camadas, eles foram capazes de atingir a absorção total de 75% da luz em certas faixas importantes do espectro solar.

p Estrutura inteligente

p Tendo demonstrado absorção melhorada, os engenheiros continuaram a mostrar como sua estrutura inteligente vai pagar dividendos além do mero aprisionamento de luz.

p Primeiro, nanoconchas podem ser feitas rapidamente. "Um filme plano de micron-espessura de silício sólido nanocristalino pode levar algumas horas para se depositar, enquanto as nanoconchas que alcançam absorção de luz semelhante levam apenas alguns minutos, "disse Yan.

p A estrutura da nanoconcha da mesma forma usa substancialmente menos material, um vigésimo do silício sólido nanocristalino.

p "Um vigésimo do material, claro, custa um vigésimo e pesa um vigésimo do que uma camada sólida faz, "disse Jie." Isso pode nos permitir produzir células solares de melhor desempenho de materiais raros ou caros de maneira econômica.

p "O filme solar em nosso papel é feito de silício relativamente abundante, mas no futuro, a redução de materiais proporcionada por nanoconchas pode ser importante para aumentar a produção de muitos tipos de células de filme fino, como aqueles que usam materiais mais raros como telúrio e índio ", disse Vijay Narasimhan, candidato a doutorado no Laboratório Cui e co-autor do artigo.

p Finalmente, as nanoconchas são relativamente indiferentes ao ângulo da luz incidente e as camadas são finas o suficiente para que possam dobrar e torcer sem danos. Esses fatores podem abrir uma série de novas aplicações em situações em que nem sempre é possível alcançar o ângulo de entrada ideal da luz solar. Imagine velas solares em alto mar ou roupas fotovoltaicas para alpinismo.

p "Esta nova estrutura é apenas o começo e demonstra alguns dos potenciais interessantes para o uso de estruturas nanofotônicas avançadas para melhorar a eficiência da célula solar, "disse Shanhui Fan.