(Phys.org) —Há muito a aprender nas fronteiras da pesquisa de energia solar, particularmente quando se trata de novos materiais avançados que podem mudar a forma como aproveitamos a energia.

Sob a orientação do Canadá Research Chair in Materials Science with Synchrotron Radiation, Dr. Alexander Moewes, O pesquisador da Universidade de Saskatchewan Adrian Hunt passou seu PhD investigando o óxido de grafeno, um material de ponta que ele espera moldar o futuro da tecnologia.

Para entender o óxido de grafeno, é melhor começar com grafeno puro, que é uma folha de átomos de carbono de camada única em uma estrutura em favo de mel que foi feita pela primeira vez em 2004 por Andre Geim e Kostya Novoselov na Universidade de Manchester - uma descoberta que rendeu aos dois físicos um Prêmio Nobel em 2010.

"É incrivelmente fino, portanto, é incrivelmente transparente. Ele também tem uma condutividade extremamente alta, é muito melhor do que cobre, e é extremamente forte, sua resistência à tração é ainda mais forte do que o aço, "Hunt disse.

"O ar não danifica. Não pode corroer, não pode degradar. É muito estável. "

Tudo isso faz do grafeno um ótimo candidato para células solares. Em particular, sua transparência e condutividade significam que ele resolve dois problemas de células solares:primeiro, a luz precisa de um bom condutor para ser convertida em energia utilizável; em segundo lugar, a célula também deve ser transparente para que a luz passe.

A maioria das células solares no mercado usa óxido de índio e estanho com uma camada protetora de vidro não condutiva para atender às suas necessidades.

"O índio é extremamente raro, por isso está ficando cada vez mais caro. É o fator que manterá as células solares caras no futuro, enquanto o grafeno pode ser muito barato. O carbono é abundante, "disse Hunt.

Embora o grafeno seja um ótimo condutor, não é muito bom para coletar a corrente elétrica produzida dentro da célula solar, é por isso que pesquisadores como Hunt estão investigando maneiras de modificar o grafeno para torná-lo mais útil.

Óxido de grafeno, o foco do trabalho de PhD de Hunt, tem oxigênio forçado na rede de carbono, o que o torna muito menos condutor, mas mais transparente e um melhor coletor de carga. Se isso resolverá ou não o problema do painel solar, ainda não se sabe, e os pesquisadores da área estão construindo sua compreensão de como o novo material funciona.

Usando técnicas de espalhamento de raios-X nas linhas de luz REIXS e SGM na fonte de luz canadense, bem como um Beamline 8.0.1 na fonte de luz avançada, Hunt decidiu aprender mais sobre como os grupos de óxidos ligados à rede de grafeno o mudaram, e como, em particular, eles interagiram com átomos de grafeno portadores de carga.

"O óxido de grafeno é bastante caótico. Você não consegue uma estrutura simples e agradável que possa modelar com facilidade, mas eu queria modelar o óxido de grafeno e entender a interação dessas partes. "

Modelos anteriores pareciam simplistas para Hunt, e ele queria um modelo que refletisse a verdadeira complexidade do óxido de grafeno.

Cada parte diferente do óxido de grafeno possui uma assinatura eletrônica exclusiva. Usando o síncrotron, Hunt poderia medir onde os elétrons estavam no grafeno, e como os diferentes grupos de óxidos modificaram isso.

Ele mostrou que os modelos anteriores estavam incorretos, que ele espera que ajude a melhorar a compreensão dos efeitos de pequenas mudanças na oxidação.

Além disso, ele estudou como o óxido de grafeno decai. Alguns dos grupos de óxidos não são estáveis, e podem se agrupar para rasgar a rede; outros podem reagir para produzir água. Se o dispositivo de óxido de grafeno contiver água, e é aquecido, a água pode realmente queimar o óxido de grafeno e produzir dióxido de carbono. É uma armadilha que pode ser importante entender no desenvolvimento de células solares de longa duração, onde o sol pode fornecer calor perigoso para a equação.

Mais pesquisas como essa serão a chave para aproveitar o grafeno para a energia solar, como Hunt explica.

"Existe essa cadeia complicada de inter-reações que podem acontecer com o tempo, e cada uma dessas etapas precisa ser abordada e categorizada antes que possamos fazer um progresso real. "