quarta-feira, 7 de setembro de 2016

Células à base de nanotubos de carbono podem melhorar desempenho de sistemas fotovoltaicos, diz estudo

Semicondutor inovador minimiza perdas na conversão da luz solar em eletricidade

Estrutura de um Nanotubo de Carbono de Parede Única (SWCNT, na sigla em inglês)
https://www.dsiac.org/resources/dsiac_journal/fall-2014/carbon-nanotubes-small-structures-big-promise

Pesquisadores do laboratório americano NREL constataram que o uso de nanotubos de carbono pode aumentar o rendimento de sistemas de conversão solar fotovoltaica.

O semicondutor desenvolvido pelo National Renewable Energy Laboratory (NREL) é um “nanotubo de carbono de parede única” (SWCNT, na sigla em inglês).

A pesquisa baseia-se nos trabalhos de Rudolph Marcus, químico de origem canadense e Prêmio Nobel em 1992 por sua contribuição à teoria das reações por transferência de elétrons em sistemas químicos.

Marcus descreveu a “velocidade de transferência eletrônica”, velocidade na qual um elétron é transportado de uma espécie química à outra durante uma reação.

Sua teoria é usada para descrever inúmeros processos químicos e biológicos, especialmente aqueles relacionados à fotossíntese, corrosão e à separação de cargas em certos tipos de célula solar.

A pesquisa do NREL mostrou que a combinação de semicondutores com moléculas de fulereno (uma forma alotrópica do carbono) requer uma quantidade mínima de energia de reorganização das ligações químicas na transferência de elétrons, o que faz do SWNCT um composto adequado para a conversão fotovoltaica.

“Constatamos que este sistema particular de nanotubos e fulerenos demanda uma energia de reorganização extremamente baixa”, declarou Jeffrey Blackburn, um dos autores do estudo.

A combinação de materiais semicondutores à base de moléculas de carbono capaz de converter a radiação solar diretamente em eletricidade constitui um dispositivo fotovoltaico orgânico. Uma interface “doador/receptor” de elétrons criada no dispositivo garante a formação da corrente elétrica.

Neste caso, os semicondutores SWCNT desenvolvidos pelo NREL são os doadores, que transferem elétrons aos fulerenos receptores; estes últimos, produzidos em um laboratório da Universidade do Colorado (EUA).

O trabalho do NREL foi publicado no último mês de abril, na Nature Chemistry, sob o título Tuning the driving force for exciton dissociation in single-walled carbon nanotube heterojunctions (em tradução livre, “Ajustando a força motriz para dissociação excíton em heterojunções de nanotubo de carbono de parede única”).

O NREL está entre os líderes mundiais na pesquisa em conversão fotovoltaica, a exemplo do NextPV, um laboratório internacional fruto de uma parceria entre o CNRS (Centro Nacional de Pesquisa Científica da França) e a Universidade de Tóquio.

A pesquisa de ponta nessa área abrange, entre outras, células solares de alto rendimento à base de multijunções, células de camadas finas CIGS (Cobre-Índio-Gálio-Selênio) e células orgânicas.

Um dos projetos avançados do NextPV é um sistema fotovoltaico de grande porte e alta performance, integrado à produção de hidrogênio – como alternativa para a estocagem de energia solar – cujo rendimento foi de quase 25%. Um recorde mundial.

Fontes: Le Journal du Photovoltaïque – Réseau & Autoconsommation, No 17,  junho-julho-agosto de 2016
http://www.renewableenergyworld.com/articles/2016/04/nrel-finds-nanotube-semiconductors-well-suited-for-pv-systems.html

Um comentário:

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