Nano partículas metálicas podem diminuir os custos de energia solar
NEW YORK – Enquanto a indústria de energia solar doméstica cresceu 34% ano passado, avanços fundamentais da tecnologia ainda precisam alcançar a meta nacional de reduzir o custo da energia solar para 6 cents por quilowatt-hora. Pesquisadores da Rice University afirmam ter encontrado uma maneira de reduzir os custos de células solares fotovoltaicas.
Cientistas do Rice’s Laboratory for Nanophotonics (LANP) encontraram um novo método onde designers de painéis solares podem incorporar nano materiais de captura de luz em futuros designs. Nano materiais de captura de luz assim como nano partículas metálicas convertem luz em plasmons, ou ondas de elétrons que fluem como fluídos através da superfície particular. A nova metodologia irá permitir o engenheiro determinar o potencial de produção elétrica para quaisquer combinações de nano partículas metálicas.
“Um dos fenómenos interessantes que ocorre quando você faz brilhar a luz em uma nanopartícula metálica ou nanoestrutura é que você pode excitar um subconjunto de elétrons no metal a um nível de energia muito maior", Pós-graduado Bob Zheng disse em um comunicado. “Os cientistas chamam isto de “portadores quentes” ou “elétrons quentes “”
Elétrons quentes são particularmente interessantes para aplicações de energia solar, porque eles podem ser usados para criar dispositivos que produzem corrente contínuas, ou para conduzir reações químicas de outra maneira sobre as superfícies metálicas inertes. Incorporando alta eficiência luminosa de coleta de nanoestruturas com semicondutores de baixo custo, como óxidos de metais, poderia deixar cair o custo de células fotovoltaicas (PV); As células fotovoltaicas mais eficientes de hoje são feitas de elementos caros.
"Podemos ajustar estruturas plasmáticas para capturar a luz em todo o espectro solar," disse o diretor LANP e coautor do estudo Naomi Halas. "A eficiência das células solares à base de semicondutores não podem ser estendida desta forma por causa das propriedades ópticas inerentes dos semicondutores."
"Para fazer uso da energia do fóton, ele deve ser absorvido em vez de espalhados de volta para fora. Por esta razão, muitos trabalhos teóricos anteriores tinham centrado na compreensão da absorção total do sistema plasmático”, disse o associado de pesquisa de pós-doutorado Alejandro Manjavacas.
Para saber mais sobre os elétrons quentes, o experimento de Zheng seletivamente filtrava os elétrons quentes de alta energia em seus pares menos energéticos.
Zheng filtrava seletivamente elétrons quentes de alta energia de seus pares menos-energéticos usando uma barreira Schottky (à esquerda) criado com um nanofio de ouro em um semicondutor de dióxido de titânio. Uma segunda configuração (à direita), que não filtra elétrons com base no nível de energia, incluía uma camada fina de titânio entre o ouro e o dióxido de titânio.
O experimento mostrou que alguns elétrons são mais quentes do que outros, que os elétrons quentes não foram correlacionados com a absorção total. Os elétrons foram impulsionados por um mecanismo conhecido como plasmático realce no campo de intensidade. Zheng e Manjavacas estão realizando mais testes para modificar os seus sistema e aperfeiçoar a saída de elétrons quentes.
"Este é um passo importante para a realização de tecnologias plasmáticas na energia solar fotovoltaica. Esta pesquisa fornece uma rota para aumentar a eficiência dos dispositivos de transportadoras plasmáticas e mostra que eles podem ser úteis para a conversão de luz solar em eletricidade utilizável ", disse Halas.
