De acordo com pt.wedoany.com-A equipa de investigação da Universidade de Rochester (University of Rochester) redesenhou a estrutura de gestão térmica de um gerador termoelétrico solar (STEG), aumentando a potência de saída do dispositivo em ar ambiente para 15 vezes a do design tradicional, sem alterar o material semicondutor. Os resultados foram publicados na revista Light: Science and Applications.
Os geradores termoelétricos solares utilizam o efeito Seebeck (Seebeck effect), aquecendo um lado e mantendo o outro arrefecido para gerar corrente elétrica, sem necessidade de peças móveis ou reações químicas, podendo aproveitar fontes de calor como calor residual industrial, calor corporal ou radiação solar difusa. No entanto, a eficiência dos designs padrão na conversão de energia solar em eletricidade em ambientes abertos tem sido inferior a 1%, enquanto os painéis solares comuns para telhados têm uma eficiência de cerca de 20%. Embora configurações laboratoriais complexas possam aumentar ligeiramente a eficiência através de sistemas de vácuo, o desempenho dos dispositivos do dia a dia permanece estagnado.
A equipa do Professor Chunlei Guo (Chunlei Guo) do Instituto de Ótica (Institute of Optics) da Universidade de Rochester mudou a abordagem de investigação, focando-se na gestão térmica global do dispositivo em vez do material semicondutor. A equipa acredita que, ao melhorar a capacidade de absorção e retenção de calor no lado quente, e simultaneamente aumentar a eficiência de dissipação de calor no lado frio, se pode aumentar a diferença de temperatura entre os dois lados do dispositivo, gerando assim mais eletricidade. Esta estratégia dupla contorna completamente a melhoria da camada semicondutora.
No lado quente, os investigadores utilizaram pulsos de laser de femtossegundos para gravar estruturas à escala nanométrica numa superfície de tungsténio, preparando o que a equipa chama de "metal negro" (black metal). Esta superfície absorve seletivamente a luz nos comprimentos de onda solares, reduzindo a perda de calor noutros comprimentos de onda. Em seguida, uma folha de plástico transparente é colocada sobre o metal negro, criando um efeito de estufa em miniatura que aumenta ainda mais a temperatura do lado quente ao reduzir as perdas por convecção e condução. No lado frio, o laser de femtossegundos é utilizado para tratar alumínio comum, gravando microestruturas que formam dissipadores de calor radiativos e convectivos, duplicando o desempenho de arrefecimento dos dissipadores de alumínio padrão.
Com este design, a potência gerada pelo dispositivo STEG foi 15 vezes superior à do dispositivo de base tradicional. A equipa verificou este resultado através de uma demonstração prática de alimentação de um LED. Embora a eficiência absoluta ainda não possa competir diretamente com os painéis fotovoltaicos comerciais, este avanço demonstra que é possível um grande salto de desempenho dos STEG em ambientes não-vácuo e atmosféricos. A investigação foi financiada pela National Science Foundation, pela FuzeHub e pelo Goergen Institute for Data Science and Artificial Intelligence.
A equipa de investigação salienta que esta tecnologia pode ser aplicada em sensores sem fios da Internet das Coisas, dispositivos vestíveis que utilizam o calor corporal e sistemas de energia fora da rede em áreas rurais sem cobertura de rede elétrica. Como os STEG não exigem luz solar direta rigorosa, qualquer gradiente de temperatura pode acionar o seu funcionamento. Atualmente, este resultado ainda se encontra na fase de prova de conceito, necessitando de maior eficiência para a comercialização em larga escala. Este trabalho abre uma nova direção de investigação no campo da termoeletricidade solar, ao demonstrar a eficácia da via de gestão térmica.
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