Os cientistas da Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear do Instituto de Engenharia Física de Moscou desenvolveram uma tecnologia para a criação de um novo tipo de material composto de pontos quânticos – cristais semicondutores do tamanho de alguns nanómetros. Os resultados da investigação publicada no Journal of Physical Chemistry Letters ajudarão a desenvolver painéis solares de baixo custo que absorvem a luz solar num largo espectro.

Devido à redução das reservas de combustível tradicional, a humanidade necessita urgentemente de fontes de energia alternativas, pelo que a energia solar desempenha, atualmente, um papel crucial. A base dos dispositivos fotovoltaicos existentes que transformam a energia do sol em eletricidade inclui materiais semicondutores inorgânicos à base de silício.

Todavia, existem algumas desvantagens significativas. Em primeiro lugar, a eficiência de conversão de energia da bateria de silício é limitada: constitui cerca de 20%, uma vez que tais elementos não podem processar todo o espectro da luz solar e parte da radiação infravermelha passa despercebida através deles. Em segundo lugar, a produção de baterias solares de silício é um processo complexo e, portanto, caro.

Os nanocristais semicondutores (pontos quânticos) no material nano-híbrido, criados pelos cientistas, estão cobertos por ligantes (como espirais): isto é, as moléculas orgânicas que não permitem que os pontos quânticos se “colem”. Devido a isso, os pontos mantêm as suas “características individuais” formando, adicionalmente, um meio sólido que dá a oportunidade de passar a corrente elétrica. Além disso, a condutividade tem um caráter adaptado ao salto, à semelhança dos semicondutores orgânicos (nos quais os movimentos dos elétrons ocorrem não entre os entre pontos quânticos, mas entre as moléculas orgânicas).

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Tecnologia se baseia no princípio de que, ao se alterar o tamanho dos pontos quânticos, pode-se gerenciar facilmente as propriedades das células solares nos painéis

“No trabalho publicado, demonstra-se que a transferência de carga e energia em condensados de pontos quânticos pode ser descrita pelo formalismo relativamente simples do modelo de captura múltipla. Isso facilita significativamente a tarefa da modelagem teórica do transporte necessário para a otimização das características de dispositivos optoeletrônicos com base em condensados de pontos quânticos”, afirma o professor Vladimir Nikitenko, um dos autores.

A tecnologia baseia-se no seguinte princípio: ao alterar o tamanho dos pontos quânticos, podem-se gerir facilmente as propriedades de células solares (por exemplo, ampliar o espetro de absorção). A produção de condensados de pontos quânticos é feita através de métodos simples e baratos, mas, para obter um revestimento de qualidade, é necessário selecionar cuidadosamente as condições de fabricação, bem como o tipo de moléculas orgânicas que “suturam” os pontos quânticos.

Na pesquisa, assimilou-se a tecnologia de substituição de ligantes à temperatura ambiente, o que permite alterar a distância entre os pontos quânticos e, assim, gerir a eficácia da transferência de energia e carga.

“Os materiais nano-híbridos com pontos quânticos podem ser utilizados não só para a criação de elementos fotovoltaicos ou díodos emissor de luz, também conhecidos por LED, mas também para estruturas semicondutoras mais complexas”, disse Aleksandr Chistyakov, outro autor do projeto.