p (Phys.org) —O uso de uma forma exótica de silício pode melhorar substancialmente a eficiência das células solares, de acordo com simulações de computador por pesquisadores da Universidade da Califórnia, Davis, e na Hungria. O trabalho foi publicado em 25 de janeiro na revista Cartas de revisão física . p As células solares são baseadas no efeito fotoelétrico:um fóton, ou partícula de luz, atinge um cristal de silício e gera um elétron com carga negativa e um orifício com carga positiva. A coleta desses pares elétron-buraco gera corrente elétrica.

p As células solares convencionais geram um par elétron-buraco por fóton que chega, e têm uma eficiência máxima teórica de 33 por cento. Uma nova e empolgante rota para melhorar a eficiência é gerar mais de um par elétron-buraco por fóton, disse Giulia Galli, professor de química da UC Davis e co-autor do artigo.

p "Esta abordagem é capaz de aumentar a eficiência máxima para 42 por cento, além de qualquer célula solar disponível hoje, o que seria um grande negócio, "disse o autor principal Stefan Wippermann, um pesquisador de pós-doutorado na UC Davis.

p "Na verdade, há razão para acreditar que, se espelhos parabólicos forem usados ​​para focar a luz do sol em uma célula solar de novo paradigma, sua eficiência pode chegar a até 70 por cento, "Wippermann disse.

p Galli disse que as nanopartículas têm um tamanho de nanômetros, normalmente, apenas alguns átomos de diâmetro. Por causa de seu tamanho pequeno, muitas de suas propriedades são diferentes dos materiais a granel. Em particular, a probabilidade de gerar mais de um par elétron-buraco é muito aumentada, impulsionado por um efeito chamado "confinamento quântico". Experimentos para explorar esse paradigma estão sendo realizados por pesquisadores do Laboratório Nacional de Los Alamos, o Laboratório Nacional de Energia Renovável em Golden, Colo., bem como na UC Davis.

p “Mas com nanopartículas de silício convencional, o paradigma funciona apenas em luz ultravioleta, "Wippermann disse." Esta nova abordagem se tornará útil apenas quando for demonstrado que funciona na luz solar visível. "

p Os pesquisadores simularam o comportamento de uma estrutura de silício chamada silício BC8, que é formado sob alta pressão, mas é estável em pressões normais, tanto quanto o diamante é uma forma de carbono formada sob alta pressão, mas estável em pressões normais.

p As simulações de computador foram executadas através do National Energy Research Scientific Supercomputing Center no Lawrence Berkeley Laboratory, que concedeu ao projeto 10 milhões de horas de supercomputador.

p As simulações demonstraram que as nanopartículas de silício BC8 realmente geram vários pares elétron-buraco por fóton, mesmo quando exposto à luz visível.

p "Isso é mais do que um exercício acadêmico. Um artigo do Harvard-MIT mostrou que, quando células solares de silício normais são irradiadas com luz laser, a energia que o laser emite pode criar uma pressão local alta o suficiente para formar os nanocristais BC8. Assim, tratamento de laser ou pressão química de células solares existentes pode transformá-las nessas células de alta eficiência, "disse o co-autor Gergely Zimanyi, professor de física na UC Davis.