A maioria dos esforços para melhorar as células solares tem se concentrado em aumentar a eficiência de sua conversão de energia, ou na redução do custo de fabricação. Mas agora os pesquisadores do MIT estão abrindo outro caminho para melhorias, com o objetivo de produzir os painéis solares mais finos e leves possíveis.

Esses painéis, que têm o potencial de superar qualquer substância diferente de urânio de grau de reator em termos de energia produzida por libra de material, poderia ser feito de folhas empilhadas de materiais de uma molécula de espessura, como grafeno ou dissulfeto de molibdênio.

Jeffrey Grossman, o Professor Associado Carl Richard Soderberg de Engenharia de Energia no MIT, afirma que a nova abordagem "leva à conversão de energia final possível de um material" para a energia solar. Grossman é o autor sênior de um novo artigo que descreve essa abordagem, publicado no jornal Nano Letras .

Embora os cientistas tenham dedicado considerável atenção nos últimos anos ao potencial de materiais bidimensionais, como o grafeno, Grossman diz, tem havido poucos estudos sobre seu potencial para aplicações solares. Acontece que, ele diz, "eles não são apenas OK, mas é incrível como eles se saem. "

Usando duas camadas de materiais com a espessura de um átomo, Grossman diz, sua equipe previu células solares com eficiência de 1 a 2 por cento na conversão de luz solar em eletricidade, Isso é baixo em comparação com a eficiência de 15 a 20 por cento das células solares de silício padrão, ele diz, mas é conseguido usando um material que é milhares de vezes mais fino e mais leve do que o papel de seda. A célula solar de duas camadas tem apenas 1 nanômetro de espessura, enquanto as células solares de silício típicas podem ser centenas de milhares de vezes isso. O empilhamento de várias dessas camadas bidimensionais pode aumentar significativamente a eficiência.

"Empilhar algumas camadas pode permitir maior eficiência, um que compete com outras tecnologias de células solares bem estabelecidas, "diz Marco Bernardi, um pós-doutorado no Departamento de Ciência de Materiais do MIT, que foi o autor principal do artigo. Maurizia Palummo, pesquisador sênior da Universidade de Roma visitando o MIT por meio do programa MISTI Itália, também foi co-autor.

Para aplicações onde o peso é um fator crucial, como em espaçonaves, aviação ou para uso em áreas remotas do mundo em desenvolvimento, onde os custos de transporte são significativos - essas células leves já podem ter um grande potencial, Bernardi diz.

Libra por libra, ele diz, as novas células solares produzem até 1, 000 vezes mais potência do que a fotovoltaica convencional. Com cerca de um nanômetro (bilionésimo de metro) de espessura, "É 20 a 50 vezes mais fino do que a célula solar mais fina que pode ser feita hoje, "Grossman acrescenta." Você não poderia fazer uma célula solar mais fina. "

Essa magreza não é apenas vantajosa no transporte, mas também na facilidade de montagem de painéis solares. Cerca de metade do custo dos painéis de hoje é em estruturas de suporte, instalação, fiação e sistemas de controle, despesas que poderiam ser reduzidas com o uso de estruturas mais leves.

Além disso, o material em si é muito mais barato do que o silício altamente purificado usado para células solares padrão - e porque as folhas são muito finas, eles requerem apenas quantidades minúsculas de matérias-primas.

O trabalho da equipe do MIT até agora para demonstrar o potencial de materiais com a espessura de um átomo para a geração solar é "apenas o começo, "Grossman diz. Para começar, dissulfeto de molibdênio e disseleneto de molibdênio, os materiais usados ​​neste trabalho, são apenas dois dos muitos materiais 2-D cujo potencial poderia ser estudado, para não falar das diferentes combinações de materiais ensanduichados. “Há todo um zoológico desses materiais que pode ser explorado, "Grossman diz." Minha esperança é que este trabalho prepare o terreno para que as pessoas pensem sobre esses materiais de uma nova maneira. "

Embora nenhum método em grande escala de produção de dissulfeto de molibdênio e disseleneto de molibdênio existam neste ponto, esta é uma área ativa de pesquisa. A capacidade de fabricação é "uma questão essencial, "Grossman diz, "mas acho que é um problema solucionável."

Uma vantagem adicional de tais materiais é sua estabilidade a longo prazo, mesmo ao ar livre; outros materiais de células solares devem ser protegidos sob pesadas e caras camadas de vidro. "É essencialmente estável no ar, sob luz ultravioleta, e na umidade, "Grossman diz." É muito robusto. "

O trabalho até agora foi baseado na modelagem computacional dos materiais, Grossman diz, acrescentando que seu grupo agora está tentando produzir tais dispositivos. "Acho que esta é a ponta do iceberg em termos de utilização de materiais 2-D para energia limpa", diz ele.

O artigo é intitulado "Extraordinary Sunlight Absorption and 1 nm-Thick Photovoltaics using Two-Dimensional Monolayer Materials."

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.