Os pesquisadores acabaram de descobrir uma maneira de tornar a energia solar significativamente mais eficiente. STEG significa Gerador Termoelétrico Solar. O dispositivo funciona usando um princípio simples chamado efeito Seebeck, onde uma diferença de temperatura entre dois condutores diferentes cria uma tensão.

O pesquisador de Rochester, Ghunlei Guo, usa luz solar artificial para testar seu material STEG, que é gravado com milhares de pulsos de laser J. Adam Fenster/Universidade de Rochester

Simplificando, um STEG é um dispositivo frio em uma extremidade e quente na outra, com eletricidade fluindo através de um semicondutor no meio. O STEG é um dispositivo de estado sólido sem partes móveis e, embora o hot end possa ser aquecido por energia solar, pode utilizar praticamente qualquer tipo de energia térmica para manter altas temperaturas.

Embora tudo isto pareça uma forma de geração passiva de energia, os STEGs têm sido tradicionalmente capazes de converter menos de 1% da luz solar em eletricidade. Em comparação, as células solares de perovskita/silício alcançaram taxas de conversão de energia superiores a 30%, e parece improvável que a STEG substitua as células solares de perovskita/silício como uma fonte legítima e generalizada de energia limpa no curto prazo.

No entanto, uma nova descoberta realizada por investigadores da Universidade de Rochester parece destinada a mudar essa percepção. Ao estudar os materiais de ambos os lados do STEG, a equipe conseguiu aumentar em 15% a eficiência na conversão de calor solar em eletricidade. O estudo, publicado na revista Light: Science and Applications, descreve a descoberta, que o coautor Chunlei Guo disse ser um afastamento radical dos focos de pesquisa anteriores.

“A comunidade de pesquisa tem trabalhado na melhoria dos materiais semicondutores usados ​​no STEG há décadas e fez alguns progressos na eficiência geral”, disse ele. “Neste estudo, nem tocamos nos materiais semicondutores, mas nos concentramos nos lados quente e frio do dispositivo. Ao combinar melhor absorção solar e propriedades de retenção de calor no lado quente com melhor dissipação de calor no lado frio, alcançamos ganhos de eficiência surpreendentes.


Equipe usa oscilador de laser para gerar pulsos de luz para gravar nanoestruturas em geradores termoelétricos

Para alcançar essa melhoria, Guo e sua equipe começaram com um metal preto exclusivo inventado por seu laboratório em 2020. Para criar o metal, eles primeiro usaram tungstênio e depois o jatearam com pulsos de laser de femtossegundos (uma série de pulsos de luz ultracurtos que gravam a superfície do metal). Isso não apenas transforma o tungstênio em uma cor preta que absorve calor, mas a colocação das covinhas criadas a laser permite que ele absorva mais calor da luz solar e o retenha por mais tempo.

Em seguida, o fio de tungstênio é coberto com “um pedaço de plástico para criar uma estufa em miniatura, como as de uma fazenda”, explica Guo. Isso retém melhor o calor.

Para o lado frio do STEG, a equipe direcionou um laser ultrarrápido para uma folha de alumínio para criar um dissipador de calor com excelentes propriedades de dissipação de calor. Na verdade, os pesquisadores dizem que o alumínio gravado dissipa o calor duas vezes mais que o alumínio normal.


Close de tungstênio gravado J. Adam Fenster/Universidade de Rochester

Embora possa demorar algum tempo até que a STEG forneça energia à escala da rede, os investigadores dizem que o seu avanço - demonstrado ao alimentar uma série de luzes LED - poderia ser usado em aplicações que requerem menos energia, como trabalhar na Internet das Coisas, alimentar dispositivos vestíveis ou fornecer energia a residências individuais em áreas rurais.

Fonte: Universidade de Rochester