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Nanotecnologia: Células Solares de Nanofios Reduzem o Custo de Fotovoltaica

Nanotecnologia – Uma equipe de pesquisadores do Departamento de Energia dos EUA (DOE) no Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) demonstrou que células solares podem ser feitas a partir de elementos baratos usando uma via química de processamento de baixo custo e de menor gasto intensivo de energia.
Nanotecnologia - Células Solares de Nanofios

Nanotecnologia - Células Solares de Nanofios (clique para ampliar)

Esta nanotecnologia solar aumenta consideravelmente a possibilidade de incrementar a eficiência e tornar muito mais competitiva a conversão de luz solar em eletricidade.

Os pesquisadores desenvolveram uma técnica para a fabricação de células núcleo/fôrma de nanofios solares usando semicondutores de sulfeto de cádmio para o núcleo e sulfeto de cobre para a fôrma (concha).

Este modo barato e fácil de fazer células solares de nanofios usando nanotecnologia eficientizou a tensão dos circuitos abertos e os fatores de preenchimento muito mais superior do que as células solares convencionais.

Juntos, a tensão de circuito aberto e o fator de preenchimento, determinam a energia máxima que uma célula solar pode produzir.

 Além disso, os novos nanofios também demonstraram uma eficiência de conversão de energia de 5,4 por cento, o que é comparável as atuais células solares.

Nanotecnologia – Células Solares de Nanovios

No coração de todas as células solares tem duas camadas separadas de material, uma com abundância de elétrons que funcionam como um polo negativo, e outra com abundância de buracos de elétrons (com espaços de energia de carga positiva) que funcionam como um polo positivo.

Quando os fótons do sol são absorvidos, esta energia é usada para criar pares de buracos de elétron, que são então separadas na junção p-n – a interface entre as duas camadas – e coletados como eletricidade.

Os pesquisadores usando nanotecnologia desenvolveram uma forma relativamente barata para substituir as junções p-n das células solares planar convencionais com uma junção p-n radial, em que uma camada de silício tipo n forma um escudo em torno da do tipo p do núcleo de nanofios de silício.

Esta geometria efetivamente transformou cada nanofio individual em uma célula fotovoltaica e melhorou muito a capacidade de capturar luz com armadilhas de silício baseados em filmes finos fotovoltaicos.

Nanotecnologia – Células Solares Usando Via Química

Eles aplicaram essa estratégia para a fabricação do núcleo/fôrma usando nanofios de sulfeto de cádmio e sulfeto de cobre, mas desta vez usando uma solução química.

Esses nanofios de núcleo / fôrma foram preparados usando uma solução baseada em uma reação de troca de cátion (íon negativo).

Os nanofios de sulfeto de cádmio foram, então, mergulhados em uma solução de cloreto de cobre a uma temperatura de 50 graus Celsius e mantidos lá por 5 a 10 segundos.

A reação de troca catiônica converteu a camada de superfície do sulfeto de cádmio em uma concha de sulfeto de cobre.

Esta tecnologia de produzir células solares a partir de elementos baratos usando uma via química pode baratear os sistemas fotovoltaicos solares e ajudar ainda mais a aplicação massal de  energia solar em partes do planeta onde seu custo é proibitivo.

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