p Cientistas da Universidade de Tecnologia de Viena conseguiram combinar dois materiais semicondutores, consistindo em apenas três camadas atômicas cada. Esta nova estrutura é uma grande promessa para um novo tipo de célula solar. p Extremamente fino, semitransparente, células solares flexíveis podem em breve se tornar realidade. Na Universidade de Tecnologia de Viena, Thomas Mueller, Marco Furchi e Andreas Pospischil conseguiram criar uma estrutura semicondutora que consiste em duas camadas ultrafinas, que parece ser perfeitamente adequado para conversão de energia fotovoltaica

p Vários meses atrás, a equipe já havia produzido uma camada ultrafina do cristal fotoativo disseleneto de tungstênio. Agora, este semicondutor foi combinado com sucesso com outra camada feita de dissulfeto de molibdênio, criando um material de design que pode ser usado em células solares de baixo custo no futuro. Com este avanço, os pesquisadores esperam estabelecer um novo tipo de tecnologia de células solares.

p Estruturas bidimensionais

p Materiais ultrafinos, que consistem em apenas uma ou algumas camadas atômicas são atualmente um tópico quente na ciência de materiais hoje. A pesquisa em materiais bidimensionais começou com o grafeno, um material feito de uma única camada de átomos de carbono. Como outros grupos de pesquisa em todo o mundo, Thomas Mueller e sua equipe adquiriram o know-how necessário para lidar, analisar e melhorar camadas ultrafinas trabalhando com grafeno. Esse know-how agora foi aplicado a outros materiais ultrafinos.

p "Muitas vezes, cristais bidimensionais têm propriedades eletrônicas completamente diferentes daquelas de camadas mais espessas do mesmo material ", diz Thomas Mueller. Sua equipe foi a primeira a combinar duas camadas diferentes de semicondutores ultrafinos e estudar suas propriedades optoeletrônicas.

p Duas camadas com funções diferentes

p O disseleneto de tungstênio é um semicondutor que consiste em três camadas atômicas. Uma camada de tungstênio é imprensada entre duas camadas de átomos de selênio. “Já havíamos conseguido mostrar que o disseleneto de tungstênio pode ser usado para transformar luz em energia elétrica e vice-versa”, diz Thomas Mueller. Mas uma célula solar feita apenas de disseleneto de tungstênio exigiria incontáveis ​​minúsculos eletrodos de metal espaçados com apenas alguns micrômetros de distância. Se o material for combinado com dissulfeto de molibdênio, que também consiste em três camadas atômicas, este problema é elegantemente contornado. A heteroestrutura agora pode ser usada para construir células solares de grandes áreas.

p Quando a luz incide sobre um material fotoativo, elétrons individuais são removidos de sua posição original. Um orifício carregado positivamente permanece, onde o elétron costumava estar. Tanto o elétron quanto o buraco podem se mover livremente no material, mas eles só contribuem para a corrente elétrica quando são mantidos separados para que não possam se recombinar.

p Para evitar a recombinação de elétrons e lacunas, eletrodos metálicos podem ser usados, através do qual a carga é sugada - ou um segundo material é adicionado. "Os orifícios se movem dentro da camada de disseleneto de tungstênio, os elétrons, por outro lado, migram para o dissulfeto de molibdênio ", diz Thomas Mueller. Assim, a recombinação é suprimida.

p Isso só é possível se as energias dos elétrons em ambas as camadas estiverem sintonizadas exatamente da maneira certa. No experimento, isso pode ser feito usando campos eletrostáticos. Florian Libisch e o professor Joachim Burgdörfer (TU Vienna) forneceram simulações de computador para calcular como a energia dos elétrons muda em ambos os materiais e qual voltagem leva a um rendimento ideal de energia elétrica.

p Camadas firmemente empacotadas

p “Um dos maiores desafios era empilhar os dois materiais, criando uma estrutura atomicamente plana ", diz Thomas Mueller. "Se houver moléculas entre as duas camadas, para que não haja contato direto, a célula solar não funcionará. "Eventualmente, essa façanha foi realizada aquecendo ambas as camadas no vácuo e empilhando-as na atmosfera ambiente. A água entre as duas camadas foi removida aquecendo a estrutura da camada mais uma vez.

p Parte da luz que entra passa direto pelo material. O restante é absorvido e convertido em energia elétrica. O material pode ser usado para frentes de vidro, deixando a maior parte da luz entrar, mas ainda criando eletricidade. Como consiste apenas em algumas camadas atômicas, é extremamente leve (300 metros quadrados pesam apenas um grama), e muito flexível. Agora a equipe está trabalhando para empilhar mais de duas camadas - isso reduzirá a transparência, mas aumente a energia elétrica.