p Em todo o mundo, pesquisadores estão investigando células solares que imitam a fotossíntese das plantas, usando luz solar e água para criar combustíveis sintéticos como o hidrogênio. Os pesquisadores da Empa desenvolveram uma célula fotoeletroquímica, recriar o olho de uma mariposa para aumentar drasticamente sua eficiência de coleta de luz. A célula é feita de matérias-primas baratas - óxido de ferro e tungstênio. p Ferrugem - óxido de ferro - pode revolucionar a tecnologia de células solares. Essa substância geralmente indesejada pode ser usada para fazer fotoeletrodos que dividem a água e geram hidrogênio. A luz solar é, portanto, diretamente convertida em combustível valioso, em vez de ser usada primeiro para gerar eletricidade. Infelizmente, como matéria-prima, o óxido de ferro tem suas limitações. Embora seja incrivelmente barato e absorva luz exatamente na região do comprimento de onda onde o sol emite mais energia, ele conduz eletricidade muito mal e, portanto, deve ser usado na forma de uma película extremamente fina para que a técnica de separação da água funcione. A desvantagem disso é que esses filmes finos absorvem muito pouco da luz solar que incide sobre a célula.

p Microesferas para coletar a luz solar

p Os pesquisadores da Empa Florent Boudoire e Artur Braun já conseguiram resolver esse problema. Uma microestrutura especial na superfície do fotoeletrodo literalmente se acumula na luz do sol e não a deixa sair novamente. A base para esta estrutura inovadora são minúsculas partículas de óxido de tungstênio que, por causa de sua cor amarela saturada, também pode ser usado para fotoeletrodos. As microesferas amarelas são aplicadas a um eletrodo e então cobertas com uma camada extremamente fina em nanoescala de óxido de ferro. Quando a luz externa incide sobre a partícula, ela é refletida internamente para frente e para trás, até que finalmente toda a luz seja absorvida. Toda a energia do feixe agora está disponível para ser usada para dividir as moléculas de água.

p Em princípio, a microestrutura recém-concebida funciona como o olho de uma mariposa, explica Florent Boudoire. Os olhos dessas criaturas noturnas ativas precisam coletar o máximo de luz possível para ver no escuro, e também deve refletir o mínimo possível para evitar ser detectado e comido por seus inimigos. A microestrutura de seus olhos é especialmente adaptada ao comprimento de onda apropriado da luz. As fotocélulas da Empa aproveitam o mesmo efeito.

p A fim de recriar olhos artificiais de mariposa a partir de microesferas de óxido metálico, Florent Boudoire borrifa uma lâmina de vidro com uma suspensão de partículas de plástico, cada um dos quais contém em seu centro uma gota de solução de sal de tungstênio. As partículas repousam sobre o vidro como uma camada de bolas de gude compactada uma perto da outra. O lençol é colocado no forno e aquecido, o material plástico é queimado e cada gota de solução de sal é transformada na microesfera de óxido de tungstênio necessária. O próximo passo é borrifar a nova estrutura com uma solução de sal de ferro e aquecê-la novamente no forno.

p Captura de luz simulada no computador

p Agora, pode-se interpretar essas misturas, pulverizar e queimar processos como pura alquimia - uma série de etapas que eventualmente são bem-sucedidas por puro acaso. No entanto, em paralelo com seus experimentos práticos, os pesquisadores têm feito cálculos modelando o processo em seus computadores e, assim, foram capazes de simular a "captura de luz" nas pequenas esferas. Os resultados da simulação concordam com as observações experimentais, como confirma o líder do projeto Artur Braun. É claro o quanto o óxido de tungstênio contribui para a fotocorrente e quanto é devido ao óxido de ferro. Também, quanto menores as microesferas, mais luz cai sobre o óxido de ferro sob as minúsculas bolas. Como uma próxima etapa, os pesquisadores planejam investigar qual pode ser o efeito de várias camadas de microesferas colocadas umas sobre as outras. O trabalho nas células solares do olho da mariposa ainda está em andamento!