p Nanopartículas magnéticas podem aumentar o desempenho das células solares feitas de polímeros - desde que a mistura seja correta. Este é o resultado de um estudo de raios-X na fonte de radiação síncrotron PETRA III do DESY. Adicionar cerca de um por cento dessas nanopartículas por peso torna as células solares mais eficientes, de acordo com as conclusões de uma equipe de cientistas chefiada pelo Prof. Peter Müller-Buschbaum da Universidade Técnica de Munique. Eles estão apresentando seu estudo em uma das próximas edições da revista. Materiais de energia avançada (publicado online com antecedência). p Polímero, ou orgânico, as células solares oferecem um potencial tremendo:elas são baratas, flexível e extremamente versátil. Sua desvantagem em comparação com as células solares de silício estabelecidas é sua menor eficiência. Tipicamente, eles convertem apenas alguns por cento da luz incidente em energia elétrica. No entanto, células solares orgânicas já são economicamente viáveis ​​em muitas situações, e os cientistas estão procurando novas maneiras de aumentar sua eficiência.

p Um método promissor é a adição de nanopartículas. Foi mostrado, por exemplo, que as nanopartículas de ouro absorvem luz solar adicional, que por sua vez produz portadores de carga elétrica adicionais quando a energia é liberada novamente pelas partículas de ouro.

p A equipe de Müller-Buschbaum tem buscado uma abordagem diferente, Contudo. "A luz cria pares de portadores de carga na célula solar, consistindo em um elétron carregado negativamente e um buraco carregado positivamente, que é um local onde um elétron está faltando, "explica o autor principal do presente estudo, Daniel Moseguí González do grupo Müller-Buschbaum. "A arte de fazer uma célula solar orgânica é separar esse par elétron-buraco antes que eles possam se recombinar. Se o fizessem, a carga produzida seria perdida. Estávamos procurando maneiras de estender a vida do par elétron-buraco, o que nos permitiria separar mais deles e direcioná-los para eletrodos opostos. "

p Esta estratégia faz uso de um princípio físico quântico que afirma que os elétrons têm uma espécie de rotação interna, conhecido como spin. De acordo com as leis da física quântica, esse giro tem um valor de 1/2. O orifício com carga positiva também tem um spin de 1/2. Os dois giros podem somar, se eles estão na mesma direção, ou anulam-se mutuamente se estiverem em direções opostas. O par elétron-buraco pode, portanto, ter um spin geral de 0 ou 1. Os pares com um spin de 1 existem por mais tempo do que aqueles com um spin geral de 0.

p Os pesquisadores começaram a encontrar um material que fosse capaz de converter o estado de spin 0 em estado de spin 1. Isso exigia nanopartículas de elementos pesados, que invertem o spin do elétron ou do buraco de modo que os spins das duas partículas fiquem alinhados na mesma direção. A magnetita de óxido de ferro (Fe3O4) é de fato capaz de fazer exatamente isso. "Em nosso experimento, adicionar nanopartículas de magnetita ao substrato aumentou a eficiência das células solares em até 11 por cento, "relata Moseguí González. A vida útil do par elétron-buraco é significativamente prolongada.

p A adição de nanopartículas é um procedimento de rotina que pode ser facilmente realizado durante os vários métodos de fabricação de células solares orgânicas. É importante, Contudo, não adicionar muitas nanopartículas à célula solar, porque a estrutura interna das células solares orgânicas é ajustada com precisão para otimizar a distância entre a coleta de luz, materiais ativos, de modo que os pares de portadores de carga podem ser separados tão eficientemente quanto possível. Essas estruturas estão na faixa de 10 a 100 nanômetros.

p "A investigação de raios-X mostra que se você misturar um grande número de nanopartículas ao material usado para fazer a célula solar, você muda sua estrutura ", explica o co-autor Dr. Stephan Roth, chefe da linha de feixe P03 de DESY em PETRA III, onde os experimentos foram realizados. "A célula solar que examinamos tolera níveis de dopagem de nanopartículas de magnetita de até um por cento em massa, sem alterar sua estrutura."

p Os cientistas observaram o maior efeito quando doparam o substrato com 0,6 por cento de nanopartículas por peso. Isso fez com que a eficiência da célula solar de polímero examinada aumentasse de 3,05 para 3,37 por cento. "Um aumento de 11 por cento no rendimento de energia pode ser crucial para tornar um material economicamente viável para uma aplicação específica, "enfatiza Müller-Buschbaum.

p Os pesquisadores acreditam que também será possível aumentar a eficiência de outras células solares poliméricas dopando-as com nanopartículas. “A combinação de polímeros de alto desempenho com nanopartículas promete aumentos adicionais na eficiência das células solares orgânicas no futuro. sem um exame detalhado, como aquele que usa os raios-X emitidos por um síncrotron, seria impossível obter uma compreensão fundamental dos processos subjacentes envolvidos, "conclui Müller-Buschbaum.