p Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Viena mostram que uma classe de materiais recentemente descoberta pode ser usada para criar um novo tipo de célula solar. p Camadas atômicas únicas são combinadas para criar novos materiais com propriedades completamente novas. Heteroestruturas de óxido em camadas são uma nova classe de materiais, que tem atraído muita atenção entre os cientistas de materiais nos últimos anos. Uma equipe de pesquisa da Universidade de Tecnologia de Viena, junto com colegas dos EUA e Alemanha, agora mostrou que essas heteroestruturas podem ser usadas para criar um novo tipo de células solares ultrafinas extremamente eficientes.

p Descobrindo novas propriedades de materiais em simulações de computador

p "Camadas atômicas únicas de óxidos diferentes são empilhadas, criando um material com propriedades eletrônicas que são muito diferentes das propriedades que os óxidos individuais têm por conta própria ", diz o professor Karsten Held do Institute for Solid State Physics, Universidade de Tecnologia de Viena. Para projetar novos materiais com exatamente as propriedades físicas corretas, as estruturas foram estudadas em simulações de computador em grande escala. Como resultado desta pesquisa, os cientistas da TU Vienna descobriram que as heteroestruturas de óxido possuem um grande potencial para a construção de células solares.

p Transformando luz em eletricidade

p A ideia básica por trás das células solares é o efeito fotoelétrico. Sua versão mais simples já foi explicada por Albert Einstein em 1905:quando um fóton é absorvido, pode fazer com que um elétron deixe seu lugar e a corrente elétrica comece a fluir. Quando um elétron é removido, uma região carregada positivamente fica para trás - um chamado "buraco". Tanto os elétrons carregados negativamente quanto os buracos contribuem para a corrente elétrica.

p "Se esses elétrons e buracos na célula solar se recombinarem em vez de serem transportados para longe, nada acontece e a energia não pode ser usada ", diz Elias Assmann, que realizou a maior parte das simulações de computador na TU Viena. "A vantagem crucial do novo material é que, em escala microscópica, há um campo elétrico dentro do material, que separa elétrons e lacunas. "Isso aumenta a eficiência da célula solar.

p Dois isoladores fazem um metal

p Os óxidos usados ​​para criar o material são, na verdade, isoladores. Contudo, se dois tipos apropriados de isoladores forem empilhados, um efeito surpreendente pode ser observado:as superfícies do material tornam-se metálicas e conduzem corrente elétrica. "Para nós, isto é muito importante. Este efeito nos permite extrair convenientemente os portadores de carga e criar um circuito elétrico ", diz Karsten Held. As células solares convencionais feitas de silício requerem fios de metal em sua superfície para coletar os portadores de carga - mas esses fios bloqueiam parte da luz de entrar na célula solar.

p Nem todos os fótons são convertidos em corrente elétrica com a mesma eficiência. Para diferentes cores de luz, diferentes materiais funcionam melhor. "As heteroestruturas de óxido podem ser ajustadas escolhendo exatamente os elementos químicos corretos", diz o professor Blaha (TU Viena). Nas simulações de computador, óxidos contendo lantânio e vanádio foram estudados, porque dessa forma os materiais funcionam especialmente bem com a luz natural do sol. “É até possível combinar diferentes tipos de materiais, para que diferentes cores de luz possam ser absorvidas em diferentes camadas da célula solar com a máxima eficiência ", diz Elias Assmann.

p Colocando a teoria em prática

p A equipe da TU Vienna foi auxiliada por Satoshi Okamoto (Oak Ridge National Laboratory, Tennessee, EUA) e o professor Giorgio Sangiovanni, um ex-funcionário da TU Vienna, que agora está trabalhando na Universidade de Würzburg, Alemanha. Em Würzburg, as novas células solares agora serão construídas e testadas. "A produção dessas células solares feitas de camadas de óxido é mais complicada do que fazer células solares de silício padrão. Mas onde quer que seja necessária uma eficiência extremamente alta ou espessura mínima, as novas estruturas deverão ser capazes de substituir as células de silício ", Karsten Held acredita.