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."