Clula solar indita gera e armazena eletricidade

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Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 23/11/2021

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O novo dispositivo consiste em uma pelcula fina de um material em camadas (disseleneto de tungstnio, verde) depositado sobre xido de titnio-estrncio (cinza).
[Imagem: Yucheng Jiang et al. – 10.1103/PhysRevLett.127.217401]

Captura e guarda eletricidade

O que pode ser melhor do que baterias armazenando eletricidade produzida por energia solar, para que voc no fique sem energia noite?

S se for um componente que, sozinho, capture a energia solar, gere eletricidade e ainda armazene essa eletricidade para quando voc precisar dela.

Pois foi justamente isto o que criaram Yucheng Jiang e seus colegas da Universidade Suzhou de Cincia e Tecnologia, na China.

O componente combina a gerao fotoeltrica de cargas – isto o que as clulas solares fazem – com o armazenamento dos eltrons gerados, que podem ficar guardados por at uma semana.

Ainda um componente experimental, mas a demonstrao de conceito abre uma nova linha de pesquisas no campo das energias limpas – j existe pelo menos uma clula solar que captura e armazena energia, mas funcionando de forma qumica, na linha da fotossntese artificial.

Clula solar integrada com bateria

A clula-bateria consiste em uma estrutura conhecida como heterojuno de van der Waals, na qual dois materiais diferentes so unidos (hetero-juno) pelas fracas foras de van der Waals – em casos especficos, as interaes de Van Der Waals tambm podem ser repulsivas.

Os materiais selecionados foram o disseleneto de tungstnio (WSe2), j largamente usado como semicondutor, e o xido de titnio-estrncio (SrTiO3), um material meio esquisito, que, apesar de ser um isolante, j foi usado para fazer um condutor eltrico juntando-se a outro isolante, alm de ser a estrela de um gerador nuclear beta-voltaico.

Na superfcie do xido de titnio-estrncio, a equipe usou bombardeamento com argnio para produzir uma nuvem de eltrons que quase bidimensional – tambm conhecida como “gs de eltrons”, um estado no qual os eltrons se movem de forma livre e independente.

A interface entre os dois materiais forma a conhecida juno p-n (positiva-negativa), uma estrutura comum no apenas nas clulas solares, mas tambm em quase todos os demais componentes eletrnicos.

Numa clula solar, os ftons geram pares de eltrons-lacunas, muitos dos quais se recombinam, atrapalhando a gerao de eletricidade. Jiang e seus colegas estavam trabalhando justamente nisso, tentando minimizar essa recombinao, mas eles obtiveram justamente o oposto.

Acontece que a heterojuno fez com que as portadoras de carga fotoinduzidas persistissem por perodos enormes – no nano ou mesmo micro-segundos, mas dias e semanas.

Eficincia recorde no frio

Depois de iluminar seu componente com um laser azul e armazen-lo no escuro a uma temperatura criognica por at 7 dias, a equipe ainda conseguiu extrair uma grande corrente (2,9 miliamperes) to logo ele era conectado a um circuito: A carga gerada pela fotoeletricidade armazenada sem se degradar consideravelmente, como em uma bateria que pode ser carregada e descarregada vontade.

A equipe ainda est tentando entender detalhadamente o que ocorre no interior do componente, mas eles j se certificaram de que, to logo a eletricidade gasta, o dispositivo est pronto para ser carregado novamente. E ele atinge uma eficincia quntica externa de 93,8%, contra cerca de 50% das melhores clulas solares atuais.

O entendimento do mecanismo que est por trs do funcionamento dessa clula solar/bateria ser crucial para que os pesquisadores comecem a procurar por outras heterojunes que consigam guardar a eletricidade a temperatura ambiente.

Bibliografia:

Artigo: Coexistence of Photoelectric Conversion and Storage in van der Waals Heterojunctions
Autores: Yucheng Jiang, Anpeng He, Run Zhao, Yu Chen, Guozhen Liu, Hao Lu, Jinlei Zhang, Qing Zhang, Zhuo Wang, Chen Zhao, Mingshen Long, Weida Hu, Lin Wang, Yaping Qi, Ju Gao, Quanying Wu, Xiaotian Ge, Jiqiang Ning, Andrew T.?S. Wee, Cheng-Wei Qiu
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 127, 217401
DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.217401

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