Uma equipa de investigadores alemães da Universidade Martin Luther de Halle-Wittenberg revelou um avanço significativo na tecnologia de energia solar, desvendando um método para aumentar dramaticamente a quantidade de electricidade que certos materiais conseguem gerar quando expostos à luz. A nova abordagem envolve o empilhamento de camadas ultrafinas de diferentes cristais numa sequência precisa, resultando num painel solar que supera em muito a eficiência dos painéis que usam materiais tradicionais.
No cerne desta descoberta, publicada na Science Advances, encontra-se um composto chamado titanato de bário (BaTiO₃), um material conhecido pela sua capacidade de converter luz em electricidade, embora não muito eficientemente por si só.
Os cientistas descobriram que, ao incorporar finas camadas de titanato de bário entre dois outros materiais – titanato de estrôncio e titanato de cálcio – conseguem criar uma estrutura que produz significativamente mais electricidade do que o titanato de bário isolado, mesmo utilizando menos quantidade deste composto.
A melhoria é notável. As estruturas em camadas geraram até 1.000 vezes mais electricidade do que a mesma quantidade de titanato de bário sozinho. Os investigadores conseguiram também ajustar este efeito, regulando a espessura de cada camada, o que lhes deu controlo sobre o desempenho do sistema.
“O importante aqui é que um material ferroeléctrico é alternado com um material paraeléctrico”, disse o Dr. Akash Bhatnagar, que liderou a investigação, ao The Brighter Side News. Ele observou que, embora os materiais paraeléctricos não separem naturalmente as cargas eléctricas, podem comportar-se como ferroeléctricos sob condições especiais, como a baixas temperaturas ou com ligeiras alterações na sua estrutura.
A ciência por detrás deste salto de desempenho reside na forma como as camadas interagem. Quando estes materiais são empilhados, a sua capacidade de absorver luz e gerir cargas eléctricas muda. A estrutura em camadas melhora a absorção da luz solar e facilita a geração de cargas eléctricas de livre movimento, que são essenciais para produzir electricidade.
“A interacção entre as camadas da rede parece levar a uma permissividade muito mais elevada – por outras palavras, os electrões são capazes de fluir muito mais facilmente devido à excitação pelos fotões de luz”, afirmou Bhatnagar.
Para construir o novo material, a equipa utilizou um laser de alta potência para vaporizar os cristais e voltar a depositá-los em camadas com apenas 200 nanómetros de espessura. No total, criaram uma estrutura composta por 500 camadas empilhadas.
Quando testado sob luz laser, a corrente gerada por esta “sanduíche de cristais” foi até 1.000 vezes mais forte do que a do titanato de bário puro de espessura semelhante, apesar de usar menos dois terços do componente fotoeléctrico. O efeito mostrou-se robusto, mantendo-se quase constante ao longo de seis meses.
No futuro, esta tecnologia pode revolucionar a geração de energia através do Sol. Os painéis fabricados com esta tecnologia podem ser muito mais eficientes e exigir menos espaço do que as células solares actuais à base de silício, tornando-as especialmente atractivas para ambientes urbanos onde o espaço é limitado. O material é também mais simples de fabricar e mais durável, porque não requer embalagem especial.
Embora seja necessária mais investigação para compreender completamente os mecanismos subjacentes, os resultados apontam para um futuro promissor para os painéis solares e dispositivos alimentados por luz. Ao empilhar inteligentemente diferentes materiais, os cientistas abriram a porta para gerar electricidade a partir da luz solar de uma forma muito mais eficiente, transformando potencialmente a maneira como a aproveitamos.
