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  • Nova tecnologia torna os fios de metal em células solares quase invisíveis à luz
    p Pilares de silício emergem de buracos nanométricos em uma fina película de ouro. Os pilares canalizam 97 por cento da luz que entra em um substrato de silício, uma tecnologia que pode aumentar significativamente o desempenho das células solares convencionais. Crédito:Vijay Narasimhan, Universidade de Stanford

    p Uma célula solar é basicamente um semicondutor, que converte luz solar em eletricidade, imprensado entre contatos de metal que transportam a corrente elétrica. p Mas esse design amplamente usado tem uma falha:o metal brilhante no topo da célula, na verdade, reflete a luz do sol do semicondutor onde a eletricidade é produzida, reduzindo a eficiência da célula.

    p Agora, Cientistas da Universidade de Stanford descobriram como ocultar o contato superior refletivo e a luz de funil diretamente para o semicondutor abaixo. Suas descobertas, publicado no jornal ACS Nano , pode levar a um novo paradigma no projeto e fabricação de células solares.

    p "Usando a nanotecnologia, desenvolvemos uma nova maneira de tornar o contato de metal superior quase invisível à luz que entra, "disse o autor principal do estudo, Vijay Narasimhan, que conduziu o trabalho como estudante de graduação em Stanford. "Nossa nova técnica pode melhorar significativamente a eficiência e, assim, reduzir o custo das células solares."

    p Metal espelhado

    p Na maioria das células solares, o contato superior consiste em uma grade de fio de metal que transporta eletricidade de ou para o dispositivo. Mas esses fios também evitam que a luz solar alcance o semicondutor, que geralmente é feito de silício.

    p "Quanto mais metal você tem na superfície, quanto mais luz você bloqueia, "disse o co-autor do estudo Yi Cui, professor associado de ciência e engenharia de materiais. "Essa luz é então perdida e não pode ser convertida em eletricidade."

    p Contatos de metal, Portanto, "enfrentam uma troca aparentemente irreconciliável entre condutividade elétrica e transparência óptica, "Narasimhan acrescentou." Mas a nanoestrutura que criamos elimina essa compensação. "

    p Para o estudo, a equipe de Stanford colocou uma película de ouro de 16 nanômetros de espessura em uma folha plana de silício. O filme de ouro estava crivado com uma série de buracos quadrados nanométricos, mas para o olho, a superfície parecia brilhante, espelho de ouro.

    p A análise óptica revelou que o filme de ouro perfurado cobriu 65 por cento da superfície de silício e refletiu, na média, 50 por cento da luz que entra. Os cientistas raciocinaram que, se pudessem de alguma forma esconder a película de ouro reflexiva, mais luz atingiria o semicondutor de silício abaixo.

    p Nanopilares de silício

    p A solução:Crie pilares nanométricos de silício que se "elevem" acima da película dourada e redirecionem a luz do sol antes que ela atinja a superfície metálica.

    p A criação de nanopilares de silício acabou sendo um processo químico de uma etapa.

    p "Nós imergimos o silício e o filme de ouro perfurado juntos em uma solução de ácido fluorídrico e peróxido de hidrogênio, "disse o estudante de graduação e co-autor do estudo Thomas Hymel." O filme de ouro imediatamente começou a afundar no substrato de silício, e nanopilares de silício começaram a pipocar ​​pelos orifícios do filme. "

    p Em segundos, os pilares de silício cresceram a uma altura de 330 nanômetros, transformando a superfície dourada brilhante em um vermelho escuro. Essa mudança dramática de cor era uma indicação clara de que o metal não estava mais refletindo luz.

    p "Assim que os nanopilares de silício começaram a surgir, eles começaram a canalizar a luz em torno da grade de metal e no substrato de silício por baixo, "Narasimhan explicou.

    p Ele comparou a matriz nanopilar a uma peneira na pia da cozinha. "Quando você abre a torneira, nem toda a água passa pelos orifícios da peneira, "ele disse." Mas se você colocar um pequeno funil no topo de cada buraco, a maior parte da água fluiria direto sem nenhum problema. Isso é essencialmente o que nossa estrutura faz:os nanopilares agem como funis que capturam a luz e a guiam para o substrato de silício através dos orifícios na grade de metal. "

    p Grande impulso

    p A equipe de pesquisa então otimizou o projeto por meio de uma série de simulações e experimentos.

    p "As células solares são normalmente protegidas por fios de metal que cobrem de 5 a 10 por cento da superfície superior, "Narasimhan disse." Em nosso melhor design, quase dois terços da superfície podem ser cobertos com metal, no entanto, a perda de reflexão é de apenas 3 por cento. Ter tanto metal pode aumentar a condutividade e tornar a célula muito mais eficiente na conversão de luz em eletricidade. "

    p Por exemplo, esta tecnologia pode aumentar a eficiência de uma célula solar convencional de 20 por cento para 22 por cento, um aumento significativo, ele disse.

    p A equipe de pesquisa planeja testar o projeto de uma célula solar em funcionamento e avaliar seu desempenho em condições reais.

    p Contatos secretos

    p Além do ouro, a arquitetura nanopilar também funcionará com contatos de prata, platina, níquel e outros metais, disse a estudante de graduação e co-autora Ruby Lai.

    p "Nós os chamamos de contatos secretos, porque o metal se esconde nas sombras dos nanopilares de silício, - disse ela. - Não importa que tipo de metal você coloque lá. Será quase invisível à luz que entra. "

    p Além do silício, esta nova tecnologia pode ser usada com outros materiais semicondutores para uma variedade de aplicações, incluindo fotossensores, diodos emissores de luz e visores, baterias transparentes, bem como células solares.

    p "Com a maioria dos dispositivos optoeletrônicos, você normalmente constrói o semicondutor e os contatos de metal separadamente, "disse Cui, co-diretor do Consórcio Fotovoltaico da Área da Baía do Departamento de Energia (BAPVC). "Nossos resultados sugerem um novo paradigma onde esses componentes são projetados e fabricados juntos para criar uma interface de alto desempenho."


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