Sensor de luz “mgico” atinge eficincia energtica de 200%

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 09/03/2023

Eficincia quntica

Quando voc ouve que uma cmera digital tem “x” megapxeis, isso significa que o sensor dessa cmera, chamado CCD, tem “x” milhes de fotodiodos, que so os pxeis individuais captadores de luz, cada um responsvel por captar um dos pontos que compor a imagem.

E no s uma questo de quantidade de pxeis que est envolvida: Quanto mais sensveis forem os fotodiodos individualmente, melhor ser a imagem da cmera.

E as clulas solares tambm so essencialmente fotodiodos, s que nelas o interesse est nos prprios eltrons produzidos, e no na interpretao dos dados que eles representam.

Assim, fcil ter uma ideia do ganho de qualidade que se obter com a criao de um desses sensores que apresenta um rendimento de 200%!

Voc pode pensar que eficincias de mais de 100% s so possveis usando alquimia ou feitiarias tpicas das varinhas do Harry Potter. Mas isto pode ser feito na realidade, graas ao “mundo mgico” da eficincia quntica.

“Eu sei, parece incrvel. Mas no estamos falando aqui de eficincia energtica normal. O que conta no mundo dos fotodiodos a eficincia quntica. Em vez da quantidade total de energia solar, ele conta o nmero de ftons que o diodo converte em eltrons,” explicou o professor Ren Janssen, da Universidade de Tecnologia Eindhoven, nos Pases Baixos.

Corrente escura

Fotodiodos so componentes semicondutores sensveis luz que produzem uma corrente quando absorvem ftons. Eles so usados como sensores em uma variedade de aplicaes alm das cmeras digitais, incluindo fins mdicos, comunicao por luz, sistemas de vigilncia e viso de mquina. Em todos esses domnios, a alta sensibilidade fundamental.

Para que um fotodiodo funcione corretamente, ele deve atender a duas condies: Em primeiro lugar, deve-se minimizar a corrente eltrica que gerada na ausncia de luz, a chamada corrente escura. Quanto menos corrente escura, mais sensvel o diodo; em segundo lugar, ele deve ser capaz de distinguir o nvel de luz de fundo (o rudo, ou calor) da luz relevante. Infelizmente, essas duas coisas geralmente no andam juntas – pelo contrrio, elas costumam ser excludentes.

Foi o pesquisador Riccardo Ollearo quem comeou a resolver esse dilema ao criar um fotodiodo em srie, um componente que combina uma clula inorgnica, feita de perovskita, com uma clula orgnica, feita de polmeros.

Combinando essas duas camadas – uma tcnica tambm cada vez mais utilizada em clulas solares de ltima gerao – ele conseguiu otimizar ambas as condies, atingindo uma eficincia de 70%.

“Impressionante, mas no o suficiente,” disse Ollearo. “Decidi ver se poderia aumentar ainda mais a eficincia com a ajuda da luz verde. Eu sabia de pesquisas anteriores que iluminar clulas solares com luz adicional pode modificar sua eficincia quntica e, em alguns casos, melhor-la. Para minha surpresa, isso funcionou ainda melhor do que o esperado. Conseguimos aumentar a eficincia da luz infravermelha para mais de 200%!”

A equipe acredita que esse ganho de eficincia quntica ocorre porque a luz verde gera um acmulo de eltrons na camada de perovskita, criando um reservatrio de cargas eltricas que liberado quando os ftons infravermelhos so absorvidos na camada orgnica.

Aplicaes mdicas

Em vez de levar seu componente para ser testado sob o Sol, a equipe resolveu fazer o oposto.

“Optamos por um cenrio interno, durante um dia ensolarado com as cortinas parcialmente fechadas. E funcionou. Queramos ver se o dispositivo poderia captar sinais sutis, como o corao ou a respirao de um ser humano em um ambiente com luz de fundo realista,” contou Ollearo.

A uma distncia de 1,30 metro, o sensor detectou mudanas mnimas na quantidade de luz infravermelha emitida pelo dedo do pesquisador. Essas mudanas foram suficientes para revelar alteraes na presso sangunea nas veias do dedo, que por sua vez indicam a frequncia cardaca. Ao apontar o componente para o peito, foi possvel medir a frequncia respiratria a partir de movimentos leves no trax.

A equipe acredita que ainda d para melhorar a eficincia do fotodiodo, mas j est de olho nas aplicaes na rea mdica.

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