Energia solar de última geração: Pesquisadores japoneses alcançam o avanço do BPVE
Em uma célula solar convencional, duas camadas semicondutoras com dopagem diferente formam uma junção p-n. Em sua interface, desenvolve-se um campo elétrico interno. Quando a luz incide sobre a célula, ela gera elétrons e suas contrapartes carregadas positivamente. O campo elétrico os impulsiona rapidamente em direções opostas, criando um fluxo de corrente. No entanto, esse projeto fundamental vem com um limite físico incorporado à tensão e à eficiência, conhecido como limite de Shockley-Queisser https://en.wikipedia.org/wiki/Shockley%E2%80%93Queisser_limit. Em termos práticos, mesmo em condições ideais de luz solar, apenas cerca de um terço da energia da luz pode ser convertida em eletricidade.
É nesse ponto que o efeito fotovoltaico em massa https://en.wikipedia.org/wiki/Anomalous_photovoltaic_effect (BPVE) entra em ação. Ao contrário das células solares tradicionais, ele não depende de uma junção p-n ou de um campo elétrico interno. Em vez disso, ele aproveita a estrutura atômica exclusiva de determinados cristais que não possuem simetria de espelho. O efeito surge quando duas simetrias são quebradas simultaneamente: Primeiro, a simetria de espelho espacial deve estar ausente, permitindo que o arranjo atômico assimétrico empurre os elétrons preferencialmente em uma direção quando exposto à luz. Em segundo lugar, a simetria de inversão de tempo deve ser quebrada por um material magnético, de modo que os movimentos dos elétrons para frente e para trás não sejam mais equivalentes. Quando ambas as condições são atendidas, a luz sozinha pode gerar uma corrente - sem uma junção e além do limite de Shockley-Queisser.
Pesquisadores de Kyoto alcançam o avanço do BPVE - células solares controláveis via magnetismo
Uma equipe de pesquisa da Universidade de Kyoto, liderada pelo físico Kazunari Matsuda, desenvolveu pela primeira vez uma célula solar sem uma junção p-n convencional, onde ambas as condições críticas são atendidas simultaneamente:
- Uma camada semicondutora única e atomicamente fina garante que o material não tenha simetria de espelho.
- Um cristal magnético subjacente quebra ainda mais a simetria de inversão de tempo.
A Universidade de Kyoto anunciou a descoberta em 24 de junho. Isso permite que o efeito fotovoltaico em massa (BPVE) se estabeleça totalmente: a luz conduz os elétrons diretamente em uma direção, gerando corrente sem a necessidade de um campo elétrico interno. O cristal magnético funciona como um botão de controle finamente ajustável - a aplicação de um campo magnético externo pode ligar ou desligar a corrente ou modular sua intensidade. Em teoria, as células solares baseadas no BPVE poderiam aproveitar mais energia da luz solar, além de serem ultrafinas, flexíveis e até mesmo ajustáveis por meio de campos magnéticos.
O estudo de oito páginas, publicado em Nature Communicationsestá disponível gratuitamente on-line. Embora a Universidade de Kyoto não tenha fornecido um cronograma para a comercialização, a tecnologia permanece nos estágios iniciais de desenvolvimento. Ainda assim, há aplicações em potencial que podem surgir em um futuro próximo - não apenas na geração de energia, mas também na tecnologia de sensores. Por exemplo, filmes ultrafinos de BPVE poderiam servir como "minicentrais elétricas" autoalimentadas em rótulos, dispositivos vestíveis ou de monitoramento ambiental. Esses filmes não alimentariam apenas sensores de temperatura, umidade ou movimento; sua capacidade de ajuste magnético também poderia permitir a detecção da intensidade da luz, campos magnéticos e até mesmo a polarização da luz - tudo em uma única camada quase invisível.
