p Os eletrodos para conexões no "lado ensolarado" de uma célula solar precisam ser não apenas condutores de eletricidade, mas também transparente. Como resultado, eletrodos são atualmente feitos usando tiras finas de prata na forma de uma grade de malha grossa comprimida sobre uma superfície, ou aplicando uma camada transparente de composto de óxido de estanho e índio eletricamente condutor (ITO). Nenhuma dessas soluções são ideais, Contudo. Isso ocorre porque a prata é um metal precioso e relativamente caro, e as partículas de prata com dimensões em nanoescala oxidam particularmente rapidamente; Enquanto isso, O índio é um dos elementos mais raros da crosta terrestre e provavelmente só continuará disponível por mais alguns anos. p Malha de nanofios de prata

p Manuela Göbelt na equipe do Prof. Silke Christiansen agora desenvolveu uma nova solução elegante usando apenas uma fração da prata e totalmente desprovida de índio para produzir um eletrodo tecnologicamente intrigante. O aluno de doutorado inicialmente fez uma suspensão de nanofios de prata em etanol usando técnicas de química úmida. Ela então transferiu esta suspensão com uma pipeta para um substrato, neste caso, uma célula solar de silício. À medida que o solvente é evaporado, os nanofios de prata se organizam em uma malha solta que permanece transparente, ainda denso o suficiente para formar caminhos atuais ininterruptos.

p Encapsulamento por cristais AZO

p Subseqüentemente, Göbelt usou uma técnica de deposição de camada atômica para aplicar gradualmente um revestimento de um semicondutor de banda larga altamente dopado conhecido como AZO. AZO consiste em óxido de zinco dopado com alumínio. É muito menos caro do que o ITO e tão transparente, mas não tão eletricamente condutivo. Este processo fez com que minúsculos cristais de AZO se formassem nos nanofios de prata, os envolveu completamente, e finalmente preencheu os interstícios. Os nanofios de prata, medindo cerca de 120 nanômetros de diâmetro, foram cobertos com uma camada de cerca de 100 nanômetros de AZO e encapsulados por este processo.

p Mapa de qualidade calculado

p As medições da condutividade elétrica mostraram que o eletrodo composto recentemente desenvolvido é comparável a um eletrodo de grade de prata convencional. Contudo, seu desempenho depende de quão bem os nanofios estão interconectados, que é uma função do comprimento do fio e da concentração de nanofios de prata na suspensão. Os cientistas foram capazes de especificar o grau de rede com antecedência com os computadores. Usando algoritmos de análise de imagem especialmente desenvolvidos, eles podiam avaliar imagens tiradas com um microscópio eletrônico de varredura e prever a condutividade elétrica dos eletrodos a partir deles.

p "Estamos investigando onde um determinado caminho condutor contínuo de nanofios é interrompido para ver onde a rede ainda não está ótima", explica Ralf Keding. Mesmo com computadores de alto desempenho, inicialmente ainda demorou quase cinco dias para calcular um bom "mapa de qualidade" do eletrodo. O software agora está sendo otimizado para reduzir o tempo de computação. "A análise de imagem nos deu pistas valiosas sobre onde devemos concentrar nossos esforços para aumentar o desempenho do eletrodo, como o aumento da rede para melhorar as áreas de cobertura deficiente, alterando os comprimentos do fio ou a concentração do fio na solução ", diz Göbelt.

p Prática alternativa aos eletrodos convencionais

p "Nós desenvolvemos uma prática, alternativa econômica para eletrodos de grade impressos em tela convencionais e para o tipo ITO comum que é ameaçado, no entanto, por gargalos de material ", diz Christiansen, que chefia o Instituto de Nanoarquiteturas para Conversão de Energia do HZB e, adicionalmente, dirige uma equipe de projeto no Instituto Max Planck para a Ciência da Luz (MPL).

p Apenas uma fração de prata, quase nenhum efeito de sombra

p Os novos eletrodos podem ser feitos usando apenas 0,3 gramas de prata por metro quadrado, enquanto os eletrodos de grade de prata convencionais requerem cerca de 15 a 20 gramas de prata. Além disso, o novo eletrodo projeta uma sombra consideravelmente menor na célula solar. "A rede de nanofios de prata é tão fina que quase nenhuma luz para conversão de energia solar é perdida na célula devido à sombra", explica Göbelt. Pelo contrário, ela espera que "seja possível até que os nanofios de prata espalhem luz nos absorvedores de células solares de maneira controlada por meio do que é conhecido como efeitos plasmônicos".