O efeito fotovoltaico dos cristais ferroelétricos pode ser aumentado por um fator de 1,000 se três materiais diferentes forem dispostos periodicamente em uma rede. Isso foi revelado em um estudo realizado por pesquisadores da Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU). Eles conseguiram isso criando camadas cristalinas de titanato de bário, titanato de estrôncio e titanato de cálcio, que foram colocadas alternadamente umas sobre as outras. Suas descobertas podem aumentar significativamente a eficiência das células solares.
A maioria das células solares é atualmente baseada em silício; no entanto, sua eficiência é limitada. Isso levou os pesquisadores a examinar novos materiais, como ferroelétricos como o titanato de bário, um óxido misto feito de bário e titânio. “Ferroelétrico significa que o material tem cargas positivas e negativas separadas espacialmente”, explica o físico Dr. Akash Bhatnagar do Centro de Competência de Inovação SiLi-nano da MLU. “A separação de carga leva a uma estrutura assimétrica que permite que a eletricidade seja gerada a partir da luz.” Ao contrário do silício, os cristais ferroelétricos não requerem a chamada junção pn para criar o efeito fotovoltaico, ou seja, não há camadas dopadas positiva e negativamente. Isso torna muito mais fácil produzir a energia solar painéis.
No entanto, o titanato de bário puro não absorve muita luz solar e, conseqüentemente, gera uma fotocorrente comparativamente baixa. A pesquisa mais recente mostrou que a combinação de camadas extremamente finas de diferentes materiais aumenta significativamente o rendimento de energia solar. “O importante aqui é que um material ferroelétrico é alternado com um material paraelétrico. Embora este último não tenha cargas separadas, pode se tornar ferroelétrico em certas condições, por exemplo, em baixas temperaturas ou quando sua estrutura química é ligeiramente modificada ”, explica Bhatnagar.
O grupo de pesquisa de Bhatnagar descobriu que o efeito fotovoltaico é muito aumentado se a camada ferroelétrica alternar não apenas com uma, mas com duas camadas paraelétricas diferentes. O pesquisador explica: “Incorporamos o titanato de bário entre o titanato de estrôncio e o titanato de cálcio. Isso foi conseguido vaporizando os cristais com um laser de alta potência e redepositando-os em substratos portadores. Isso produziu um material feito de 500 camadas com cerca de 200 nanômetros de espessura ”.
Ao realizar as medições fotoelétricas, o novo material foi irradiado com laser luz. O resultado surpreendeu até mesmo o grupo de pesquisa: em comparação com o titanato de bário puro de espessura semelhante, o fluxo de corrente foi até 1,000 vezes mais forte - e isso apesar do fato de que a proporção de titanato de bário como o principal componente fotoelétrico foi reduzida em quase dois terços . “A interação entre as camadas da rede parece levar a uma permissividade muito maior - em outras palavras, os elétrons são capazes de fluir com muito mais facilidade devido à excitação dos fótons de luz”, explica Akash Bhatnagar. As medições também mostraram que este efeito é muito robusto: permaneceu quase constante ao longo de um período de seis meses.
Agora, mais pesquisas devem ser feitas para descobrir exatamente o que causa o notável efeito fotoelétrico. Bhatnagar está confiante de que o potencial demonstrado pelo novo conceito pode ser usado para aplicações práticas em painéis solares. “A estrutura de camadas apresenta maior rendimento em todas as faixas de temperatura do que os ferroelétricos puros. Os cristais também são significativamente mais duráveis e não requerem embalagens especiais. ”
