Antena de luz transforma 85% da luz visível em eletricidade

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Esquema e foto das antenas de luz. À direita, o fotoeletrodo com captura de luz (em cima), e a mesma estrutura no formato tradicional, transparente (embaixo).[Imagem: Misawa H. et al. - 10.1038/s41565-018-0208-x]

Antena de luz

Pode haver meios mais eficientes para coletar a energia solar do que as conhecidas células fotovoltaicas.

Pesquisadores japoneses desenvolveram um fotoeletrodo - uma antena para captar luz - que consegue captar 85% da luz visível, convertendo a energia da luz com uma eficiência 11 vezes maior do que os métodos conhecidos.

Essa coleta da luz visível em uma ampla faixa espectral foi feita usando nanopartículas de ouro carregadas sobre um semicondutor. Como em outras antenas de luz, a captura é feita aproveitando os plásmons de superfície, ondas de elétrons produzidas quando a luz incide sobre um metal.

Xu Shi e seus colegas da Universidade de Hokkaido construíram a nanoantena ensanduichando um semicondutor - um filme fino de 30 nanômetros de espessura de dióxido de titânio - entre um filme de ouro, com espessura de 100 nanômetros, e nanopartículas de ouro, responsáveis por melhorar a absorção.

Célula solar e fotossíntese artificial

De forma um tanto surpreendente, mais de 85% de toda a luz visível foi captada pelo fotoeletrodo, que se mostrou muito mais eficiente do que técnicas similares.

Isso ocorre porque, quando o sistema é iluminado pelo lado das nanopartículas, o filme de ouro funciona como um espelho, prendendo a luz e permitindo que o semicondutor absorva mais dela, produzindo uma corrente mais elevada.

"Nosso fotoeletrodo criou com sucesso uma nova condição na qual os plásmons e a luz visível presos na camada de óxido de titânio interagem fortemente, permitindo que a luz com uma ampla faixa de comprimentos de onda seja absorvida," disse o professor Hiroaki Misawa. "A eficiência da conversão de energia da luz é 11 vezes maior do que a dos [dispositivos] sem funções de aprisionamento da luz."

A maior eficiência também permite aplicações diretas no campo da fotossíntese artificial: os elétrons reduziram os íons de hidrogênio para hidrogênio atômico, enquanto as lacunas dos elétrons (cargas positivas) oxidaram a água para produzir oxigênio.

"Usando quantidades muito pequenas de material, este fotoeletrodo permite uma conversão eficiente da luz solar em energia renovável, contribuindo ainda mais para a realização de uma sociedade sustentável," escreveram os pesquisadores.

Bibliografia:

Enhanced water splitting under modal strong coupling conditions
Xu Shi, Kosei Ueno, Tomoya Oshikiri, Quan Sun, Keiji Sasaki, Hiroaki Misawa
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/s41565-018-0208-x