Pesquisa alemã propõe células solares de grafeno sem silício

De acordo com pt.wedoany.com-Em 29 de outubro, o Centro Helmholtz de Dresden-Rossendorf (HZDR), na Alemanha, divulgou um estudo sobre conversão optoelétrica em grafeno, propondo o uso da ação conjunta de um campo magnético e de uma tensão ajustável nos eletrodos para separar os elétrons e as lacunas gerados pela absorção de luz no grafeno, impulsionando assim a aplicação do grafeno em células solares, sensores ópticos e dispositivos optoeletrônicos.

O grafeno é constituído por uma única camada de átomos de carbono e possui elevada mobilidade de portadores de carga e boa condutividade, mas carece do gap de banda presente nos semicondutores tradicionais, o que dificulta a separação eficaz e o transporte direcionado dos elétrons e lacunas gerados pela luz, limitando a conversão de energia luminosa em energia elétrica. A equipe de pesquisa propõe dispor eletrodos metálicos estreitos sobre camadas isolantes acima e abaixo do grafeno, formando uma barreira de potencial ajustável por meio da aplicação de tensão; simultaneamente, aplicar um campo magnético perpendicular ao plano do grafeno, fazendo com que elétrons e lacunas se movam em direções opostas, e então utilizar a barreira de potencial para direcionar os portadores de carga a diferentes eletrodos, formando uma corrente direcionada.

Os pesquisadores analisaram, por meio de cálculos teóricos, a relação entre a altura e a largura da barreira de potencial, o espaçamento entre eletrodos e a intensidade do campo magnético. Para cenários de conversão de luz infravermelha, os cálculos mostram que, com intensidade de campo magnético de aproximadamente 0,1 tesla e espaçamento entre eletrodos na ordem de micrômetros, é possível alcançar a separação de portadores de carga. Ajustando a tensão dos eletrodos ou alternando os eletrodos, também é possível alterar a trajetória dos portadores de carga, adaptando o dispositivo a luz incidente de diferentes energias. A equipe de pesquisa propõe ainda o empilhamento alternado de múltiplas camadas de grafeno com camadas isolantes transparentes, combinado com estruturas refletoras para aumentar a absorção de luz.

Uma das potenciais aplicações dessa proposta é o aproveitamento de energia luminosa infravermelha. Em comparação com as células solares de silício tradicionais, o grafeno é capaz de absorver fótons infravermelhos cuja energia é insuficiente para gerar pares elétron-lacuna no silício; por isso, os pesquisadores consideram que esse mecanismo possa vir a ser utilizado em dispositivos fotovoltaicos de infravermelho, podendo também ser estendido a sensores de luz visível e infravermelha. No entanto, nesta fase, a pesquisa concentra-se no mecanismo de movimento dos portadores de carga e em seus parâmetros teóricos, não tendo sido divulgados dados de eficiência ou de geração de energia medidos em células solares fabricadas com essa nova proposta.