Energia
Redação do Site Inovação Tecnológica – 07/08/2025
Anlise dos dois mecanismos de gerao de fotocorrente em uma juno semicondutor 2D/metal 3D: PV: fotovoltaico; PTE: fototermoeltrico.
[Imagem: Da Xu et al. – 10.1126/sciadv.adv7614]
Alm do fotovoltaico
O termo tcnico para os conhecidos painis solares, que convertem diretamente a luz em eletricidade, painis fotovoltaicos. Mas talvez esse termo no seja assim to preciso quanto os cientistas pensavam.
Acontece que outro efeito ocorrendo nas clulas solares parece ser to importante – ou talvez at mais, em algumas situaes – para a gerao de eletricidade do que o efeito fotovoltaico.
A descoberta deste segundo efeito promete levar a melhorias significativas nos sistemas de energia solar e at mesmo na tecnologia de comunicaes pticas.
Tudo comeou quando Da Xu e colegas da Universidade da Califrnia de Riverside desenvolveram um mtodo de imagem tridimensional para tentar visualizar como a luz transformada em corrente eltrica nos materiais usados na fabricao das clulas solares.
Eles no apenas conseguiram espiar todo o processo, como conseguiram distinguir entre dois processos fundamentais pelos quais a luz convertida em eletricidade.
E foi a que veio a surpresa: O segundo processo, at hoje quase negligenciado, mostrou-se muito mais importante do que se estimava at agora.
Influncia do nitreto de boro hexagonal nos perfis trmicos e de corrente fototermoeltrica nas clulas solares de molibdenita.
[Imagem: Da Xu et al. – 10.1126/sciadv.adv7614]
Efeitos fotovoltaico e fototermoeltrico
O primeiro processo visto pelo novo sistema de imageamento foi o conhecido efeito fotovoltaico, o mecanismo mais conhecido por trs dos painis solares: Os ftons de luz incidentes soltam eltrons em um semicondutor, criando um fluxo de eletricidade que se acumula nos contatos dos eletrodos para fornecer eletricidade.
O segundo processo, muito menos conhecido, chamado efeito fototermoeltrico. medida que a energia luminosa energiza os eltrons no material, tornando-os mais quentes do que o ambiente ao redor, esses eltrons energizados movem-se naturalmente para regies mais frias, gerando corrente eltrica medida que fluem. Esses eltrons tendem a se afastar de suas regies acumuladas prximas ao eletrodo, em direo contrria aos eltrons impulsionados pelo efeito fotovoltaico.
O que a nova tcnica revelou que o efeito fototermoeltrico igualmente importante, se no mais, especialmente em dispositivos de pequena escala, como nas heterojunes que compem as clulas solares.
“At agora, sabamos que ambos os efeitos estavam acontecendo, mas no conseguamos ver o quanto cada um contribua e como se distribuam espacialmente,” disse o professor Ming Liu. “Com nossa nova tcnica, finalmente podemos diferenci-los e entender como interagem. Isso abre novas maneiras de projetar dispositivos melhores.”
Perfis de linhas de juno cruzada das fotocorrentes totais (preto), fototermoeltrica (azul) e fotovoltaica (vermelho).
[Imagem: Da Xu et al. – 10.1126/sciadv.adv7614]
Gerenciamento do calor e aumento da corrente eltrica
A equipe utilizou em seus experimentos nanodispositivos feitos de dissulfeto de molibdnio (MoS2), ou molibdenita, um semicondutor bidimensional com apenas alguns tomos de espessura. Essas estruturas ultrafinas esto despertando grande interesse para a eletrnica de prxima gerao devido s suas propriedades pticas e eltricas muito superiores s dos materiais atuais.
Usando seu novo mtodo de imageamento, que canaliza a luz atravs da ponta de um microscpio de fora atmica, a equipe conseguiu identificar onde e como os efeitos fotovoltaico e fototermoeltrico ocorrem, at a escala nanomtrica.
E a veio outra surpresa, mostrando que no apenas um efeito de intensidade, mas tambm de localizao: Embora o efeito fotovoltaico fosse esperado na juno onde o eletrodo e a molibdenita se encontram, o efeito fototermoeltrico se estendeu muito mais para dentro do material do que se pensava anteriormente.
“Isso vai contra a sabedoria popular,” disse Xu, referindo-se teoria mais aceita entre os cientistas. “Isso mostra que os efeitos do calor podem influenciar a sada eltrica em reas muito maiores, mesmo longe do contato metlico [do eletrodo].”
E tinha mais. Quando a equipe adicionou uma fina camada de nitreto de boro hexagonal, outro material 2D de ponta, eles conseguiram direcionar o calor lateralmente atravs da clula. Esse fluxo de calor redirecionado potencializou o efeito fototermoeltrico ao alinhar as mudanas de temperatura com as variaes na forma como o material responde ao calor – essencialmente aumentando a produo de corrente eltrica.
“Normalmente, voc tenta manter o calor localizado,” disse Xu. “Mas, neste caso, deix-lo se espalhar ajudou.”
Alm de viabilizar tecnologias de energia solar e energia termossolar mais eficientes, esta descoberta promete ajudar a projetar melhores componentes de deteco de luz em sistemas de comunicao por fibra ptica, onde os dispositivos esto ficando cada vez menores e o gerenciamento do calor cada vez mais importante.
Bibliografia:
Artigo: Deciphering photocurrent mechanisms at the nanoscale in van der Waals interfaces for enhanced optoelectronic applications
Autores: Da Xu, Qiushi Liu, Boqun Liang, Ning Yu, Xuezhi Ma, Yaodong Xu, Takashi Taniguchi, Charlie Ding, Roger K. Lake, Ruoxue Yan, Ming Liu
Revista: Science Advances
Vol.: 11, Issue 31
DOI: 10.1126/sciadv.adv7614
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