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Nova técnica em estudo para transformar luz em eletricidade

Pesquisadores da Universidade da Pensilvânia estão trabalhando em um novo mecanismo para obter energia elétrica a partir da luz, que pode tornar as tecnologias de energia solar mais eficientes e possibilitar a construção de dispositivos optoeletrônicos melhores para telecomunicações.

Amanhecer Bonnell, vice-reitor da Universidade da Pensilvânia para pesquisa e Trustee Professor de Ciência dos Materiais e Engenharia na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas, lideraram o trabalho, juntamente com David Conklin, um estudante de doutorado. O estudo envolveu a colaboração entre pesquisadores de Universidade da Pensilvânia e pesquisadores adicionais, através do Nano/Bio interface Center, bem como uma parceria com o laboratório de Michael J. Therien da Universidade de Duke.

A tinta solar que gera energia

“Estamos entusiasmados por ter encontrado um processo que é muito mais eficiente do que a fotocondução convencional”, disse Bonnell . “Usando essa abordagem poderiamos fazer captação de energia solar e dispositivos optoeletrônicos muito melhores. “

Os estudos foram publicados na revista científica ACS Nano e serão discutidos em uma conferência de imprensa no American Chemical Society Encontro Nacional e Exposição em Indianapolis hoje às 10:30 .

plasmons-energia-solar-nova-tecnicaOs novos centros de trabalho sobre nanoestruturas plasmônicas, especificamente, os materiais fabricados a partir de partículas de ouro e moléculas sensíveis à luz , porfirinas (porfirinas são uma classe de moléculas orgânicas com uma estrutura geral de macrociclo tetrapirrólico) de tamanhos precisos e dispostas em padrões específicos. Plasmons (excitação coletiva de elétrons em um sólido), podem ser excitados por estes sistemas de radiação óptica e induzir uma corrente eléctrica que pode mover-se segundo um padrão determinado pelo tamanho e disposição das partículas de ouro, bem como as propriedades elétricas do ambiente circundante.

Porque estes materiais podem aumentar a dispersão da luz, têm o potencial para ser utilizados com vantagem numa gama de aplicações tecnológicas, tais como aumentar a absorção em células solares.

Em 2010, Bonnell e seus colegas publicaram um artigo na ACS Nano relatando a fabricação de uma nanoestrutura plasmônica, que induziu e projetou uma corrente elétrica através de moléculas. Em alguns casos, eles criaram no material, uma matriz de nanopartículas de ouro , utilizando-se uma técnica inventada pelo grupo de Bonnell, conhecida como nanolitografia ferroeléctrica.

A descoberta foi potencialmente poderosa, mas os cientistas não conseguiram provar que a melhoria da transdução de radiações ópticas a uma corrente elétrica deveu-se aos “elétrons quentes” produzidos pelos plasmons excitados. Outras possibilidades incluído que a molécula porfirina foi animada ou que o campo elétrico pode focalizar a luz recebida.

“Nossa hipótese é que, quando plasmons estão exitados para um estado de alta energia, devemos ser capazes de capturar os elétrons do material” – disse Bonnell –  “Se pudéssemos fazer isso, poderíamos usá-los para aplicações de dispositivos eletrônicos moleculares , tais como componentes de circuito ou de extração de energia solar.”

Para analisar o mecanismo da corrente de plasma induzida, os pesquisadores variaram sistematicamente os diferentes componentes da nanoestrutura plasmônica, mudando o tamanho das nanoparticulas de ouro, o tamanho das moléculas e o espaçamento das porfirinas desses componentes. Eles projetaram estruturas específicas que descartaram as outras possibilidades de modo que a única contribuição para a fotocorrente pode ser melhorada a partir dos elétrons quentes colhidos dos plasmons .

“Em nossas medições , em comparação com a foto excitação convencional, nós vimos aumentos de 3 a 10 vezes a eficiência do nosso processo”, disse Bonnell . “E nós nem sequer otimizamos o sistema . Em princípio, você pode imaginar um enorme aumento na eficiência. “

Os dispositivos que integram o processo de colheita de plasma induzida por elétrons quentes podem ser personalizados para diferentes aplicações, alterando o tamanho e espaçamento das nanopartículas , que iria alterar o comprimento de onda da luz a que o plasma responde.

“Você pode imaginar ter uma pintura em seu laptop que agiria como uma célula solar para ligá-lo usando apenas a luz solar”, disse Bonnell. “Esses materiais também podem melhorar os dispositivos de comunicação , tornando-se parte de circuitos moleculares mais eficientes.”

Fonte

www.upenn.edu

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Escrito por George Cruz

Técnico em química, programador, graduando em engenharia mecânica, um amante do conhecimento, da boa música e da arte.

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