p (Phys.org) —Em uma abordagem que poderia desafiar o silício como o material de célula fotovoltaica predominante, Os engenheiros de materiais da Universidade de Wisconsin-Madison desenvolveram uma célula solar barata que explora nanotubos de carbono para absorver e converter a energia do sol. p O avanço pode levar a painéis solares tão eficientes, mas muito menos caro de fabricar, do que os painéis atuais.

p A célula solar de nanotubo de carbono à prova de conceito pode converter quase 75 por cento da luz que absorve em eletricidade, diz Michael Arnold, professor assistente de ciência e engenharia de materiais na UW-Madison e pioneiro no desenvolvimento de materiais baseados em nanotubos de carbono para aplicações de energia solar. "Demos um passo fundamental realmente fundamental para demonstrar que um dia será possível usar esses novos materiais de nanotubos de carbono para células solares, " ele diz.

p Arnold e o estudante de doutorado Matthew Shea descreveram o desenvolvimento em um artigo publicado em 17 de junho de 2013, na edição online da revista Cartas de Física Aplicada .

p O silício é abundante e um coletor de energia solar eficiente, ainda assim, é caro para processar e fabricar em painéis solares. Como resultado, pesquisadores estão estudando materiais alternativos - entre eles, nanotubos de carbono.

p Avanços recentes proporcionaram aos pesquisadores um maior nível de controle sobre a composição química dos nanotubos de carbono, o que, por sua vez, abriu a porta para inúmeras aplicações. Os tubos finos semelhantes a espaguete são fáceis e baratos de fabricar, estável e durável, e são bons absorvedores de luz e condutores elétricos.

p Grande parte dos atuais centros de pesquisa em células solares de nanotubos de carbono em torno de materiais comprovados de células solares que usam nanotubos misturados para conduzir a carga elétrica. "Isso está usando apenas metade dos recursos que os nanotubos oferecem, "diz Arnold, cujo trabalho anterior com nanotubos de carbono para transistores o inspirou a explorar aplicações em energia solar.

p Com base em meia década de pesquisa - incluindo estudos fundamentais do estudante de doutorado Dominick Bindl - Arnold e Shea desenvolveram uma célula solar que usa nanotubos de carbono para coletar luz e convertê-la em eletricidade. "Estamos começando do zero e tentando obter alta eficiência dos nanotubos, "diz Arnold." Estamos tentando obter o máximo de conversão de energia possível de nosso material, e isso é o que é único em nosso trabalho. "

p Essencialmente, a prova de conceito de célula solar é uma folha ultrafina, ou filme, de nanotubos de carbono em camadas sobre outra folha fina de um material chamado buckminsterfullereno, ou C ₆₀ . Os nanotubos absorvem a maior parte da luz solar e retêm a carga positiva, enquanto o C ₆₀ desenha a carga negativa.

p A eficiência da célula solar é a porcentagem de energia solar que incide sobre uma célula que a célula realmente converte em energia elétrica. Quando Arnold e seus alunos começaram esta pesquisa há cinco anos, suas células solares alcançaram eficiências de conversão de energia de apenas cerca de um milionésimo de um por cento. Hoje - em contraste com a eficiência média de 15% das células solares de silício convencionais - sua prova de conceito é 1% eficiente.

p Embora esse número possa parecer baixo, Arnold está otimista de que pode subir - em parte porque a camada de nanotubo de carbono que captura o sol da célula solar à prova de conceito tem apenas alguns átomos de espessura. E, a célula converte aproximadamente 75 por cento da luz solar que absorve em eletricidade. "Da luz que é absorvida, estamos convertendo a maior parte dele, "diz Arnold.

p O próximo passo para aumentar essa eficiência já está em andamento. Os pesquisadores agora estão se concentrando em aumentar a espessura do filme fino do nanotubo de carbono de meros 5 nanômetros para pelo menos 100 - o que, de acordo com seus modelos teóricos, no final das contas, poderia colocar a eficiência de conversão de energia de suas células solares em linha com a das células de silício. "O que nosso trabalho mostra é que você será capaz de obter uma eficiência tão alta quanto o silício, eventualmente, e é por isso que estamos animados, "diz Arnold.