Uma equipe de pesquisadores da Universidade Martin Luther Halle-Wittenberg, na Alemanha, revelou um grande avanço na tecnologia solar, revelando uma maneira de aumentar significativamente a quantidade de eletricidade produzida por certos materiais. Sua abordagem envolve empilhar camadas ultrafinas de diferentes cristais em uma sequência precisa para criar um absorvedor solar com desempenho muito melhor do que os materiais convencionais.
No centro da descoberta, publicada na Science Advances, está o titanato de bário (BaTiO₃), um material conhecido pela sua capacidade de converter luz em eletricidade, embora não seja muito eficiente por si só.
Os cientistas descobriram que, ao incorporar finas camadas de titanato de bário entre dois outros materiais, titanato de estrôncio e titanato de cálcio, eles poderiam criar uma estrutura que produzisse mais eletricidade do que o titanato de bário sozinho, mesmo que fosse usado menos titanato de bário.
Esta melhoria é notável. Esta estrutura em camadas gera até 1.000 vezes mais eletricidade do que a mesma quantidade de titanato de bário isoladamente. Os pesquisadores também conseguiram ajustar esse efeito ajustando a espessura de cada camada, controlando assim o desempenho do sistema.
“O importante aqui é que os materiais ferroelétricos sejam usados de forma intercambiável com os materiais paraelétricos”, disse o Dr. Akash Bhatnagar, que liderou a pesquisa, ao Bright News. Ele observou que, embora os materiais paraelétricos não separem cargas naturalmente, eles podem se comportar como ferroelétricos sob condições especiais, como em baixas temperaturas ou com pequenas mudanças na estrutura.
O titanato de bário pode converter luz em eletricidade, embora não seja muito eficiente por si só.
A ciência por trás desse salto de desempenho está na interação entre as camadas. Quando esses materiais são empilhados juntos, sua capacidade de absorver luz e gerenciar mudanças de carga. A estrutura em camadas aumenta a absorção da luz solar e promove a geração de cargas em movimento livre, cruciais para a geração de eletricidade.
"As interações entre as camadas da rede parecem resultar em uma constante dielétrica mais alta - em outras palavras, os elétrons são capazes de fluir mais facilmente devido à excitação por fótons visíveis", disse Bhatnagar.
Para construir o novo material, a equipe usou lasers de alta potência para vaporizar os cristais e depois os depositou novamente em camadas de apenas 200 nanômetros de espessura. No final das contas, eles construíram uma estrutura feita de 500 camadas empilhadas.
Quando testado sob irradiação laser, esse “sanduíche de cristal” produziu uma corrente elétrica 1.000 vezes mais forte que o titanato de bário puro da mesma espessura, apesar de ter dois terços menos componentes fotovoltaicos. O efeito revelou-se muito estável, permanecendo quase constante ao longo de seis meses.
Esta tecnologia tem implicações de longo alcance para a energia solar. Os painéis solares fabricados com esta tecnologia são mais eficientes e ocupam menos espaço do que as atuais células solares à base de silício, o que é particularmente atraente em ambientes urbanos onde o espaço é limitado. Além disso, como não é necessária embalagem especial, o material é mais simples de fabricar e mais durável.
Embora sejam necessárias mais pesquisas para compreender completamente os mecanismos por trás disso, as descobertas são um bom presságio para o futuro dos painéis solares e dos dispositivos de energia luminosa. Ao estratificar de forma inteligente diferentes materiais, os cientistas abriram a porta à utilização da energia luminosa para gerar eletricidade de forma mais eficiente, revolucionando potencialmente a forma como utilizamos a energia solar.