Célula solar inédita gera e armazena eletricidade

Captura e guarda eletricidade

O que pode ser melhor do que baterias armazenando eletricidade produzida por energia solar, para que você não fique sem energia à noite?

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

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

O componente combina a geração fotoelétrica de cargas – é isto o que as células solares fazem – com o armazenamento dos elétrons gerados, que podem ficar guardados por até uma semana.

Ainda é um componente experimental, mas a demonstração de conceito abre uma nova linha de pesquisas no campo das energias limpas – já existe pelo menos uma célula solar que captura e armazena energia, mas funcionando de forma química, na linha da fotossíntese artificial.

Célula solar integrada com bateria

A célula-bateria consiste em uma estrutura conhecida como heterojunção de van der Waals, na qual dois materiais diferentes são unidos (hetero-junção) pelas fracas forças de van der Waals – em casos específicos, as interações de Van Der Waals também podem ser repulsivas.

Os materiais selecionados foram o disseleneto de tungstênio (WSe2), já largamente usado como semicondutor, e o óxido de titânio-estrôncio (SrTiO3), um material meio esquisitão, que, apesar de ser um isolante, já foi usado para fazer um condutor elétrico juntando-se a outro isolante, além de ser a estrela de um gerador nuclear beta-voltaico.

Na superfície do óxido de titânio-estrôncio, a equipe usou bombardeamento com argônio para produzir uma nuvem de elétrons que é quase bidimensional – também conhecida como “gás de elétrons”, é um estado no qual os elétrons se movem de forma livre e independente.

A interface entre os dois materiais forma a conhecida junção p-n (positiva-negativa), uma estrutura comum não apenas nas células solares, mas também em quase todos os demais componentes eletrônicos.

Numa célula solar, os fótons geram pares de elétrons-lacunas, muitos dos quais se recombinam, atrapalhando a geração de eletricidade. Jiang e seus colegas estavam trabalhando justamente nisso, tentando minimizar essa recombinação, mas eles obtiveram justamente o oposto.

Acontece que a heterojunção fez com que as portadoras de carga fotoinduzidas persistissem por períodos enormes – não nano ou mesmo micro-segundos, mas dias e semanas.

Eficiência recorde no frio

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

A equipe ainda está tentando entender detalhadamente o que ocorre no interior do componente, mas eles já se certificaram de que, tão logo a eletricidade é gasta, o dispositivo está pronto para ser carregado novamente. E ele atinge uma eficiência quântica externa de 93,8%, contra cerca de 50% das melhores células solares atuais.

O entendimento do mecanismo que está por trás do funcionamento dessa célula solar/bateria será crucial para que os pesquisadores comecem a procurar por outras heterojunções que consigam guardar a eletricidade a temperatura ambiente.

Fonte: Inovação Tecnológica – 23/11/2021
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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