p A chave para criar um material que seria ideal para converter energia solar em calor é ajustar o espectro de absorção do material corretamente:ele deve absorver virtualmente todos os comprimentos de onda de luz que chegam do sol à superfície da Terra - mas não muito do resto do espectro, uma vez que isso aumentaria a energia que é irradiada pelo material, e, portanto, perdida para o processo de conversão. p Agora, pesquisadores do MIT afirmam ter realizado o desenvolvimento de um material que se aproxima muito do "ideal" para absorção solar. O material é um cristal fotônico dielétrico metálico bidimensional, e tem os benefícios adicionais de absorver a luz solar de uma ampla variedade de ângulos e suportar temperaturas extremamente altas. Talvez o mais importante, o material também pode ser feito de maneira barata em grandes escalas.

p A criação deste material está descrita em artigo publicado na revista. Materiais avançados , co-autoria do pós-doutorado do MIT Jeffrey Chou, professores Marin Soljacic, Nicholas Fang, Evelyn Wang, e Sang-Gook Kim, e cinco outros.

p O material funciona como parte de um dispositivo solar termofotovoltaico (STPV):a energia da luz solar é primeiro convertida em calor, que então faz com que o material brilhe, emitindo luz que pode, por sua vez, ser convertido em corrente elétrica.

p Alguns membros da equipe trabalharam em um dispositivo STPV anterior que assumia a forma de cavidades ocas, explica Chou, do Departamento de Engenharia Mecânica do MIT, quem é o autor principal do artigo. "Eles estavam vazios, havia ar dentro, "ele diz." Ninguém tinha tentado colocar um material dielétrico dentro, então tentamos isso e vimos algumas propriedades interessantes. "

p Ao aproveitar a energia solar, "você quer prendê-lo e mantê-lo lá, "Chou diz; obter o espectro certo de absorção e emissão é essencial para o desempenho eficiente do STPV.

p A maior parte da energia do sol chega até nós dentro de uma faixa específica de comprimentos de onda, Chou explica, variando do ultravioleta através da luz visível e no infravermelho próximo. "É uma janela muito específica que você deseja absorver, "ele diz." Nós construímos essa estrutura, e descobri que tinha um espectro de absorção muito bom, exatamente o que queríamos. "

p Além disso, as características de absorção podem ser controladas com grande precisão:O material é feito de uma coleção de nanocavidades, e "você pode ajustar a absorção apenas mudando o tamanho das nanocavidades, "Chou diz.

p Outra característica fundamental do novo material, Chou disse, é que ele combina bem com a tecnologia de fabricação existente. "Este é o primeiro dispositivo deste tipo que pode ser fabricado com um método baseado em ... técnicas atuais, o que significa que pode ser fabricado em escalas de wafer de silício, "Chou diz - até 30 centímetros de lado. As primeiras demonstrações de laboratório de sistemas semelhantes só podiam produzir dispositivos de alguns centímetros de lado com substratos de metal caros, portanto, não eram adequados para aumentar a produção comercial, ele diz.

p A fim de tirar o máximo proveito dos sistemas que concentram a luz solar usando espelhos, o material deve ser capaz de sobreviver incólume sob temperaturas muito altas, Diz Chou. O novo material já demonstrou que pode suportar uma temperatura de 1, 000 graus Celsius (1, 832 graus Fahrenheit) por um período de 24 horas sem degradação severa.

p E uma vez que o novo material pode absorver a luz do sol com eficiência de uma ampla gama de ângulos, Chou disse, "Na verdade não precisamos de rastreadores solares" - o que aumentaria muito a complexidade e os custos de um sistema de energia solar.

p "Este é o primeiro dispositivo capaz de fazer todas essas coisas ao mesmo tempo, "Chou diz." Tem todas essas propriedades ideais. "

p Embora a equipe tenha demonstrado dispositivos de trabalho usando uma formulação que inclui um metal relativamente caro, rutênio, "somos muito flexíveis sobre os materiais, "Chou diz." Em teoria, você poderia usar qualquer metal que possa sobreviver a essas altas temperaturas. "

p "Este trabalho mostra o potencial da engenharia fotônica e da ciência dos materiais para o avanço da captação de energia solar, "diz Paul Braun, professor de ciência de materiais e engenharia da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, que não esteve envolvido nesta pesquisa. "Nesse artigo, os autores demonstraram, em um sistema projetado para suportar altas temperaturas, a engenharia das propriedades ópticas de um potencial absorvedor termofotovoltaico solar para coincidir com o espectro do sol. Claro que ainda falta muito trabalho para realizar uma célula solar prática, Contudo, o trabalho aqui é uma das etapas mais importantes desse processo. "

p O grupo agora está trabalhando para otimizar o sistema com metais alternativos. Chou espera que o sistema possa ser desenvolvido em um produto comercialmente viável em cinco anos. Ele está trabalhando com Kim em aplicativos deste projeto. p 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.