Os cientistas desenvolveram um fotoeletrodo que pode coletar 85 por cento da luz visível em uma camada semicondutora de 30 nanômetros de espessura entre as camadas de ouro, convertendo a energia da luz 11 vezes mais eficientemente do que os métodos anteriores.

Na busca pela realização de uma sociedade sustentável, há uma demanda cada vez maior para desenvolver células solares revolucionárias ou sistemas de fotossíntese artificial que utilizem a energia da luz visível do sol usando o mínimo de materiais possível.

A equipe de pesquisa, liderado pelo Professor Hiroaki Misawa do Instituto de Pesquisa para Ciência Eletrônica da Universidade de Hokkaido, tem como objetivo desenvolver um fotoeletrodo que pode coletar luz visível em uma ampla faixa espectral usando nanopartículas de ouro carregadas em um semicondutor. Mas apenas a aplicação de uma camada de nanopartículas de ouro não levou a uma quantidade suficiente de absorção de luz, porque eles captaram a luz com apenas uma faixa espectral estreita.

No estudo publicado em Nature Nanotechnology , a equipe de pesquisa imprensou um semicondutor, uma película fina de dióxido de titânio de 30 nanômetros, entre um filme de ouro de 100 nanômetros e nanopartículas de ouro para aumentar a absorção de luz. Quando o sistema é irradiado pela luz do lado da nanopartícula de ouro, o filme de ouro funcionou como um espelho, aprisionando a luz em uma cavidade entre duas camadas de ouro e ajudando as nanopartículas a absorver mais luz.

Para sua surpresa, mais de 85 por cento de toda a luz visível foi captada pelo fotoeletrodo, que era muito mais eficiente do que os métodos anteriores. Nanopartículas de ouro são conhecidas por apresentarem um fenômeno chamado ressonância plasmônica localizada, que absorve um certo comprimento de onda da luz. "Nosso fotoeletrodo criou com sucesso uma nova condição na qual o plasmon e a luz visível presos na camada de óxido de titânio interagem fortemente, permitindo que a luz com uma ampla gama de comprimentos de onda seja absorvida por nanopartículas de ouro, "diz Hiroaki Misawa.

Quando as nanopartículas de ouro absorvem luz, a energia adicional desencadeia a excitação de elétrons no ouro, que transfere elétrons para o semicondutor. "A eficiência de conversão de energia luminosa é 11 vezes maior do que aquelas sem funções de captura de luz, "Misawa explicou. O aumento da eficiência também levou a uma maior divisão da água:os elétrons reduziram os íons de hidrogênio a hidrogênio, enquanto os buracos de elétrons restantes oxidavam água para produzir oxigênio - um processo promissor para produzir energia limpa.

"Usando quantidades muito pequenas de material, este fotoeletrodo permite uma conversão eficiente da luz solar em energia renovável, contribuindo ainda mais para a realização de uma sociedade sustentável, "concluíram os pesquisadores.