p Na busca para tornar a energia solar mais competitiva, os pesquisadores estão projetando células solares ultrafinas que reduzem os custos de material. Ao mesmo tempo, eles estão mantendo essas células finas eficientes esculpindo suas superfícies com nanoestruturas fotovoltaicas que se comportam como uma sala de espelhos molecular. p "Queremos garantir que a luz passe mais tempo de qualidade dentro de uma célula solar, "disse Mark Brongersma, professor de ciência de materiais e engenharia em Stanford e co-autor de um artigo de revisão em Materiais da Natureza .

p Brongersma e dois colegas de Stanford - professor associado de ciência de materiais e engenharia Yi Cui e professor de engenharia elétrica Shanhui Fan - pesquisaram 109 artigos científicos recentes de equipes de todo o mundo.

p Sua visão geral gira em torno de um tema básico:observar as muitas maneiras diferentes com que os pesquisadores estão tentando maximizar as colisões entre fótons e elétrons nas camadas mais finas possíveis de materiais fotovoltaicos. O objetivo é revelar tendências e melhores práticas que ajudarão a impulsionar os desenvolvimentos no campo.

p A energia solar é produzida quando os fótons de luz colidem com os elétrons em um cristal fotovoltaico. Conforme os elétrons soltos se movem através do cristal, eles geram uma corrente elétrica.

p As células solares de hoje já são finas. Eles são feitos de camadas de materiais fotovoltaicos, geralmente silício, que em média 150 a 300 micrômetros, que tem aproximadamente o diâmetro de dois a três fios de cabelo humanos.

p À medida que os engenheiros continuam a reduzir essas dimensões, eles precisam desenvolver novas armadilhas e laços moleculares para garantir que os fótons não simplesmente zunam por suas células solares ultrafinas antes que as faíscas elétricas possam voar.

p "Grande parte da empolgação agora é sobre o uso dos princípios da fotônica para gerenciar as ondas de luz da maneira mais eficiente, "Disse Fan." Há talvez centenas de grupos no mundo trabalhando nisso. "

p O artigo de revisão fornece uma visão de alto nível de como os cientistas estão tentando projetar estruturas para facilitar as interações entre os instigadores infinitesimais da corrente solar, os fótons e os elétrons.

p A pesquisa enfrenta enormes desafios ao tentar arquitetar nanoestruturas sintonizadas para capturar a luz. A luz solar consiste em muitas cores. Quando vemos o arco-íris, o que vemos é o resultado da umidade atmosférica agindo como um prisma para dobrar a luz em suas cores constituintes. A criação de diferentes nanoestruturas para capturar o pote de fótons no final de cada cor do arco-íris faz parte do objetivo desta pesquisa.

p No entanto, cientistas já estão relatando algum sucesso

p "Estamos vendo sistemas que usam um centésimo mais material fotovoltaico do que as células solares de hoje, ao mesmo tempo que obtêm 60% a 70% da produção elétrica, "Brongersma disse.

p O material fotovoltaico mais comum é uma forma refinada de silício semelhante ao encontrado em chips de computador. Este material é responsável por 10% a 20% do custo de uma célula solar. Reduzir essas despesas em 100 vezes teria, portanto, um efeito considerável na eficiência geral de custos da produção de energia solar.

p Mas Cui diz que a redução dos custos de material é apenas parte do impulso para a energia solar ultrafina. Outro benefício é a flexibilidade. Por causa da espessura da camada de silício que captura a luz, as células solares de hoje devem ser mantidas rígidas para que sua estrutura cristalina não seja danificada e o fluxo de elétrons interrompido.

p "Mas, com 10 micrômetros de espessura, o silício tem um alto grau de flexibilidade mecânica, "disse Cui, citando uma dimensão menor que um décimo da espessura da camada fotovoltaica dentro das células solares de hoje.

p Cui, que fez exatamente esse material experimental, mostra um filme em que agita este silicone fino como um pedaço de papel e o corta com uma tesoura (veja os vídeos separados; agitando / acima / e cortando / abaixo /). Essas tiras finas de silício incorporam algumas das nanoestruturas de captura de fótons descritas no Materiais da Natureza artigo. Cui diz que a eficiência de conversão de luz em energia do silício fino está se aproximando da do silício rígido nas células solares de hoje.

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Bater o silício não é apenas um projeto científico. Essa flexibilidade pagaria um dividendo quando se trata de instalação, que é responsável por cerca de um terço do custo total de um painel solar no telhado. "Essas células finas de silício podem ser incorporadas em plástico flexível, fazendo a instalação como desenrolar um tapete, "Cui disse.

p No entanto, mesmo que os pesquisadores consigam obter mais de menos, muitos obstáculos permanecem de acordo com Fan, que desenvolve modelos de computador para estudar como diferentes nanoestruturas e materiais afetarão as interações fóton-elétron.

p “Há um número infinito de estruturas, então não é possível modelar todos eles, " ele disse, aludindo ao que ele chamou de "gargalos teóricos" que impedem a compreensão científica deste reino etéreo onde a luz e a matéria se cruzam.

p "Por exemplo, agora mesmo, realmente não temos como saber quando obtemos o máximo de nossos fótons, "Fan disse.