A tecnologia de células solares avançou rapidamente, enquanto centenas de grupos em todo o mundo buscam mais de duas dúzias de abordagens usando materiais diferentes, tecnologias, e abordagens para melhorar a eficiência e reduzir custos. Agora, uma equipe do MIT estabeleceu um novo recorde para as células de pontos quânticos mais eficientes - um tipo de célula solar que é vista como especialmente promissora por causa de seu custo inerentemente baixo, versatilidade, e peso leve.

Embora a eficiência geral dessa célula ainda seja baixa em comparação com outros tipos - cerca de 9 por cento da energia da luz solar é convertida em eletricidade - a taxa de melhoria desta tecnologia é uma das mais rápidas vistas para uma tecnologia solar. O desenvolvimento é descrito em um artigo, publicado no jornal Materiais da Natureza , pelos professores do MIT, Moungi Bawendi e Vladimir Bulović, e pelos alunos de pós-graduação Chia-Hao Chuang e Patrick Brown.

O novo processo é uma extensão do trabalho de Bawendi, o professor de química Lester Wolfe, para produzir pontos quânticos com características precisamente controláveis ​​- e como revestimentos finos uniformes que podem ser aplicados a outros materiais. Essas partículas minúsculas são muito eficazes em transformar luz em eletricidade, e vice versa. Desde o primeiro progresso em direção ao uso de pontos quânticos para fazer células solares, Bawendi diz, "A comunidade, nos últimos anos, começou a entender melhor como essas células funcionam, e quais são as limitações. "

O novo trabalho representa um salto significativo para superar essas limitações, aumentando o fluxo de corrente nas células e, assim, aumentando sua eficiência geral na conversão da luz solar em eletricidade.

Muitas abordagens para a criação de baixo custo, células solares leves e flexíveis para grandes áreas sofrem de sérias limitações, como vida útil curta quando expostas ao ar, ou a necessidade de altas temperaturas e câmaras de vácuo durante a produção. Por contraste, o novo processo não requer uma atmosfera inerte ou altas temperaturas para fazer crescer as camadas ativas do dispositivo, e as células resultantes não mostram degradação após mais de cinco meses de armazenamento ao ar.

Bulović, o Professor Fariborz Maseeh de Tecnologia Emergente e reitor associado de inovação na Escola de Engenharia do MIT, explica que camadas finas de pontos quânticos "permitem que eles façam o que fazem como indivíduos - para absorver a luz muito bem - mas também trabalhem como um grupo, às despesas de transporte. "Isso permite que essas taxas sejam cobradas no final do filme, onde eles podem ser aproveitados para fornecer uma corrente elétrica.

O novo trabalho reúne desenvolvimentos de vários campos para levar a tecnologia a uma eficiência sem precedentes para um sistema baseado em pontos quânticos:Os quatro co-autores do artigo vêm dos departamentos de física do MIT, química, ciência e engenharia de materiais, e engenharia elétrica e ciência da computação. A célula solar produzida pela equipe foi agora adicionada à lista dos Laboratórios de Energia Renovável Nacional de eficiências recordes para cada tipo de tecnologia de célula solar.

A eficiência geral da célula ainda é menor do que para a maioria dos outros tipos de células solares. Mas Bulović aponta, "O silício teve seis décadas para chegar onde está hoje, e até o silício ainda não atingiu o limite teórico. Você não pode esperar que uma tecnologia totalmente nova supere uma empresa estabelecida em apenas quatro anos de desenvolvimento. "E a nova tecnologia tem vantagens importantes, notavelmente um processo de fabricação que consome menos energia do que outros tipos.

Chuang acrescenta, "Cada parte da célula, exceto os eletrodos por agora, pode ser depositado em temperatura ambiente, no ar, fora de solução. É realmente sem precedentes. "

O sistema é tão novo que também tem potencial como ferramenta de pesquisa básica. "Há muito o que aprender sobre por que é tão estável. Há muito mais a ser feito, para usá-lo como um teste de física, para ver por que os resultados às vezes são melhores do que esperamos, "Bulović diz.

Um artigo complementar, escrito por três membros da mesma equipe junto com Jeffrey Grossman do MIT, o Professor Associado Carl Richard Soderberg de Engenharia de Energia, e três outros, aparece este mês no jornal ACS Nano , explicando com mais detalhes a ciência por trás da estratégia empregada para alcançar esse avanço de eficiência.

O novo trabalho representa uma reviravolta para Bawendi, que passou grande parte de sua carreira trabalhando com pontos quânticos. "Eu era um tanto cético há quatro anos, ", diz ele. Mas a pesquisa de sua equipe desde então demonstrou claramente o potencial dos pontos quânticos em células solares, ele adiciona.

Arthur Nozik, um professor pesquisador em química da Universidade do Colorado que não estava envolvido nesta pesquisa, diz, "Este resultado representa um avanço significativo para as aplicações de filmes de pontos quânticos e da tecnologia de baixa temperatura, processado por solução, células fotovoltaicas de pontos quânticos. ... Ainda há um longo caminho a percorrer antes que as células solares de pontos quânticos sejam comercialmente viáveis, mas este último desenvolvimento é um bom passo em direção a esse objetivo final. "

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.