{"id":681,"date":"2009-07-09T21:30:02","date_gmt":"2009-07-10T00:30:02","guid":{"rendered":"http:\/\/scienceblogs.com.br\/chivononpo\/2009\/07\/melhoramentos_para_as_celulas\/"},"modified":"2009-07-09T21:30:02","modified_gmt":"2009-07-10T00:30:02","slug":"melhoramentos_para_as_celulas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/chivononpo\/2009\/07\/09\/melhoramentos_para_as_celulas\/","title":{"rendered":"Melhoramentos para as c\u00e9lulas solares"},"content":{"rendered":"
[ Traduzido daqui: Nanopillars Promise Cheap, Efficient, Flexible Solar Cells<\/a> ]
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09 de julho de 2009<\/b><\/p>\n

A partir de substratos de folhas de alum\u00ednio de baixo custo, os pesquisadores do Laborat\u00f3rio Berkeley montaram densos arranjos de semi-condutores do tipo negativo em cristal singelo, em um dispositivo em forma de pilares nano\u00adm\u00e9tricos. Quando os nano-pilares s\u00e3o combinados com um semi-condutor trans\u00adparente, do tipo positivo, que serve como janela, isso resulta em uma c\u00e9lula fotovolt\u00e1ica eficiente, barata e flex\u00edvel.<\/p>\n

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\"Diagrama<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

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Um substrato de alum\u00ednio forma a base para uma floresta de nano-pilares de sulfeto de c\u00e1dmio e serve tamb\u00e9m como eletrodo inferior. Quando inserido em telureto de c\u00e1dmio transparente dotado de um eletrodo superior de cobre e ouro, forma uma c\u00e9lula solar eficiente e barata.<\/font><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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BERKELEY, Calif\u00f3rnia — Pes\u00adqui\u00adsadores do Laborat\u00f3rio Na\u00adcio\u00adnal Lawrence Berkeley do De\u00adpartamento de Energia e da Universidade da Calif\u00f3rnia em Berkeley apresentar uma nova maneira de fabricar c\u00e9lulas so\u00adla\u00adres eficiente a partir de ma\u00adte\u00adriais baratos e flex\u00edveis. Este novo projeto cria semi-condu\u00adtores opticamente ativos em um arranjo de pilares de di\u00admen\u00ads\u00f5es nanom\u00e9tricas (1 na\u00adn\u00f4metro = 1 bilion\u00e9simo de me\u00adtro), cada um deles um \u00fanico cristal.<\/p>\n

Ali Javey, cientista da Divis\u00e3o de Ci\u00eancia dos Materiais do Laborat\u00f3rio Berkeley e profes\u00adsor de engenharia el\u00e9trica da UC Berkeley, diz: “Para podermos aproveitar a abundante energia solar, temos que achar maneiras para produzir em massa elementos fotovolt\u00e1icos eficientes. Os semi-condutores de cristal singelo s\u00e3o mui\u00adto promissores, mas as maneiras padr\u00e3o para produz\u00ed-los n\u00e3o s\u00e3o econo\u00admicamente vi\u00e1veis”.<\/p>\n

O trabalho b\u00e1sico de uma c\u00e9lula solar \u00e9 converter a energia da luz em el\u00e9trons e “buracos” (a aus\u00eancia de um el\u00e9tron) portadores de carga que fluem atrav\u00e9s de eletrodos para produzir uma corrente. Diferentemente de uma c\u00e9lula solar plana t\u00edpica, um arranjo em nano-pilares oferece uma superf\u00edcie muito maior para coletar a luz. Simula\u00e7\u00f5es em computador indicam que, comparados a superf\u00edcies planas, os arranjos de semi-condutores em nano-pilares devem ser mais sen\u00ads\u00edveis \u00e0 luz, ter uma maior capacidade de separar os el\u00e9trons dos buracos e serem um coletor mais eficiente desses portadores de carga.<\/p>\n

“Infelizmente, as tentativas anteriores de fabricar c\u00e9lulas fotovolt\u00e1icas com base em semi-condutores em forma de pilar, criados de baixo para cima, levaram a resultados desapontadores. A efici\u00eancia na transforma\u00e7\u00e3o de luz para eletri\u00adcidade foi de menos do que um a dois porcento”, explica Javey. “O processo de crescimento epitaxial de substratos mono-cristalinos era usado com frequ\u00eancia, mas isso \u00e9 caro. As dimens\u00f5es dos nano-pilares n\u00e3o podiam ser controladas, a densidade e o alinhamento dos pilares eram fracos e a qualidade da interface entre os semi-condutores era ruim”.<\/p>\n

Javey usou uma nova maneira, controlada, de empregar o processo “vapor-l\u00edqui\u00addo-s\u00f3lido” para fabricar m\u00f3dulos em larga escala de arranjos densos e altamente ordenados de nano-pilares mono-cristalinos. Sua equipe criou, dentro de uma fornalha de quartzo, pilares de sulfeto de c\u00e1dmio, rico em el\u00e9trons, sobre uma folha de alum\u00ednio na qual poros geometricamente distribu\u00eddos, feitos atrav\u00e9s de anodiza\u00e7\u00e3o, serviam como gabarito.<\/p>\n

Dentro dessa mesma fornalha, eles embeberam os pilares formados em uma fina camada de telureto de c\u00e1dmio, rico em buracos, que funciona como uma janela para coletar a luz. Os dois materiais em contato formam uma c\u00e9lula solar na qual os el\u00e9trons fluem atrav\u00e9s dos nano-pilares para o contato de alum\u00ednio por baixo e os buracos s\u00e3o conduzidos para finos eletrodos de cobre-ouro colocados na superf\u00edcie da janela por cima.<\/p>\n

A primeira c\u00e9lula-piloto testada apresentou um rendimento medido de apenas 6%, inferior aos 10 a 18% das c\u00e9lulas solares comerciais – mas muito melhor do que as outras c\u00e9lulas nanom\u00e9tricas feitas at\u00e9 hoje, justamente por seu arranjo em forma de nano-pilares. O fato do contato superior ser feito de cobre-ouro – materiais n\u00e3o transparentes – por si s\u00f3 j\u00e1 tirou uns 50% da efici\u00eancia. Outro problema \u00e9 obter uma maior densidade dos pilares e diminuir a \u00e1rea destes que fica em contato com a janela. Esses problemas parecem ter solu\u00e7\u00f5es simples que ser\u00e3o testadas em breve.<\/p>\n

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Uma c\u00e9lula solar flex\u00edvel \u00e9 obtida pela remo\u00e7\u00e3o do substrato de alum\u00ednio e sua substitui\u00e7\u00e3o por um eletrodo inferior de ir\u00eddio. O dispositivo \u00e9, ent\u00e3o, envolto em pl\u00e1stico flex\u00edvel transparente<\/font>.<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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Com um olho nas aplica\u00ad\u00e7\u00f5es pr\u00e1ticas, al\u00e9m do de\u00adsem\u00adpenho te\u00f3rico, os pes\u00adqui\u00adsadores fabricaram uma c\u00e9lula solar flex\u00edvel com o mesmo projeto, removen\u00addo quim\u00adicamente o subs\u00adtrato de alum\u00ednio e o subs\u00adtituindo por uma fina ca\u00adma\u00adda de ir\u00eddio para criar o eletrodo inferior. Toda a c\u00e9lula solar resultante \u00e9 recoberta com pl\u00e1stico trans\u00ad\u00adparente (polidimetil\u00adsiloxano) para criar um dis\u00adpositivo dobr\u00e1vel, que pode ser flexionado com um efeito apenas marginal sobre o desempenho – e sem qualquer perda de desempenho ap\u00f3s suces\u00adsivas dobragens.<\/p>\n

Javey finaliza: “Existem v\u00e1\u00adrias maneiras de melho\u00adrar o desempenho dos dispositivos fotovolt\u00e1icos tridimensionais em nano-pilares, assim como maneiras de simplificar os processos de fabrica\u00e7\u00e3o, mas o m\u00e9todo j\u00e1 \u00e9 altamente promissor como forma de diminuir os custos de c\u00e9lulas solares efi\u00adcientes. Obtivemos a capacidade de criar estruturas mono-cristalinas dire\u00adtamente sobre grandes folhas de alum\u00ednio. E a configura\u00e7\u00e3o tridimensional sig\u00adnifica que os requisitos de qualidade e pureza dos materiais empregados podem ser relaxados, portanto menos custosos. Os arranjos em nano-pilares s\u00e3o um novo caminho para m\u00f3dulos solares mais vers\u00e1teis”.<\/p>\n

O artigo “Three-dimensional nanopillar-array photovoltaics on low-cost and
\nflexible substrates<\/i>”, por Zhiyong Fan, Haleh Razavi, Jae-won Do, Aimee
\nMoriwaki, Onur Ergen, Yu-Lun Chueh, Paul W. Leu, Johhny C. Ho,
\nToshitake Takahashi, Lothar A. Reichertz, Steven Neale, Kyoungsik Yu,
\nMing Wu, Joel W. Ager e Ali Javey, ser\u00e1 publicado na edi\u00e7\u00e3o de agosto de Nature Materials<\/em> e est\u00e1 dispon\u00edvel online<\/i> em http:\/\/www.nature.com\/nmat\/journal\/vaop\/ncurrent\/abs\/nmat2493.html<\/a>.<\/p>\n

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