p Uma tecnologia que possibilitaria baixo custo, células solares de alta eficiência a serem feitas de praticamente qualquer material semicondutor foram desenvolvidas por pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (DOE) (Berkeley Lab) e da Universidade da Califórnia (UC) Berkeley. Essa tecnologia abre a porta para o uso de abundantes, semicondutores relativamente baratos, como os óxidos de metal promissores, sulfetos e fosfetos, que foram considerados inadequados para células solares porque é muito difícil ajustar suas propriedades por meios químicos. p "É hora de colocarmos materiais ruins em bom uso, "diz o físico Alex Zettl, que liderou esta pesquisa junto com o colega Feng Wang. "Nossa tecnologia nos permite contornar a dificuldade de adequar quimicamente muitas terras abundantes, semicondutores não tóxicos e, em vez disso, adaptam esses materiais simplesmente aplicando um campo elétrico. "

p Zettl, que possui nomeações conjuntas com a Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab e com o Departamento de Física da UC Berkeley, onde dirige o Centro de Sistemas Nanomecânicos Integrados (COINS), é o autor correspondente de um artigo que descreve este trabalho na revista Nano Letras . O artigo é intitulado "Triagem-

p Células solares de efeito de campo projetadas. "A coautoria foi William Regan, Steven Byrnes, Will Gannett, Onur Ergen, Oscar Vazquez-Mena e Feng Wang.

p As células solares convertem a luz do sol em eletricidade usando materiais semicondutores que exibem o efeito fotovoltaico - o que significa que absorvem fótons e liberam elétrons que podem ser canalizados em corrente elétrica. A energia fotovoltaica é a melhor fonte de limpeza, energia verde e renovável, mas as tecnologias de hoje utilizam semicondutores relativamente escassos e caros, como grandes cristais de silício, ou filmes finos de telureto de cádmio ou seleneto de cobre, índio e gálio, que são complicados ou caros para fabricar em dispositivos.

p "As tecnologias solares hoje enfrentam uma compensação de custo para eficiência que retardou a implementação generalizada, "Zettl diz." Nossa tecnologia reduz o custo e a complexidade da fabricação de células solares e, portanto, fornece o que poderia ser uma alternativa importante com boa relação custo-benefício e ambientalmente correta que aceleraria o uso da energia solar. "

p Esta nova tecnologia é chamada de "energia fotovoltaica de efeito de campo projetada por engenharia de blindagem, "ou SFPV, porque utiliza o efeito de campo elétrico, um fenômeno bem compreendido pelo qual a concentração de portadores de carga em um semicondutor é alterada pela aplicação de um campo elétrico. Com a tecnologia SFPV, um eletrodo superior parcialmente de blindagem cuidadosamente projetado permite que o campo elétrico da porta penetre suficientemente no eletrodo e module de maneira mais uniforme a concentração e o tipo de portador semicondutor para induzir uma junção p-n. Isso permite a criação de junções p-n de alta qualidade em semicondutores que são difíceis, senão impossíveis, de dopar por métodos químicos convencionais.

p "Nossa tecnologia requer apenas eletrodo e deposição de porta, sem a necessidade de dopagem química de alta temperatura, Implantação iónica, ou outros processos caros ou prejudiciais, "diz o autor principal William Regan." A chave para o nosso sucesso é a blindagem mínima do campo da porta, que é obtida por meio da estruturação geométrica do eletrodo superior. Isso possibilita que o contato elétrico e a modulação da portadora do semicondutor sejam executados simultaneamente. "

p No sistema SFPV, a arquitetura do eletrodo superior é estruturada de modo que pelo menos uma das dimensões do eletrodo seja confinada. Em uma configuração, trabalhando com óxido de cobre, os pesquisadores de Berkeley moldaram o contato do eletrodo em dedos estreitos; em outra configuração, trabalhando com silício, eles fizeram o contato superior ultrafino (camada única de grafeno) através da superfície. Com dedos suficientemente estreitos, o campo do portão cria uma camada de inversão de baixa resistência elétrica entre os dedos e uma barreira de potencial abaixo deles. Um contato superior uniformemente fino permite que os campos de porta penetrem e esgotem / invertam o semicondutor subjacente. Os resultados em ambas as configurações são junções p-n de alta qualidade.

p Diz o co-autor Feng Wang, "Nossas demonstrações mostram que um estábulo, A junção p-n eletricamente contatada pode ser alcançada com quase qualquer semicondutor e qualquer material de eletrodo através da aplicação de um campo de portão, desde que o eletrodo seja estruturado geometricamente de forma apropriada. "

p Os pesquisadores também demonstraram o efeito SFPV em uma configuração self-gating, em que o portão era alimentado internamente pela atividade elétrica da própria célula.

p "A configuração de autopreenchimento elimina a necessidade de uma fonte de alimentação externa de portão, que irá simplificar a implementação prática de dispositivos SFPV, "Regan diz." Além disso, o portão pode ter um papel duplo como revestimento anti-reflexo, uma característica já comum e necessária para fotovoltaicos de alta eficiência. "