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Pesquisadores do Laboratório Nacional de Los Alamos estão criando janelas solares de painel duplo que geram eletricidade com maior eficiência e também criam sombreamento e isolamento. Tudo isso é possível graças a uma nova arquitetura de janela que utiliza duas camadas diferentes de pontos quânticos de baixo custo ajustados para absorver diferentes partes do espectro solar. A abordagem complementa a tecnologia fotovoltaica existente, adicionando coletores de luz solar de alta eficiência aos painéis solares existentes ou integrando-os como janelas semitransparentes na arquitetura de um edifício.
Usando dois tipos de pontos quânticos “projetados”, os pesquisadores estão criando janelas solares de painel duplo que geram eletricidade com maior eficiência e criam sombreamento e isolamento para uma boa medida. Tudo isso é possível graças a uma nova arquitetura de janela que utiliza duas camadas diferentes de pontos quânticos de baixo custo ajustados para absorver diferentes partes do espectro solar.
“Devido ao forte desempenho que podemos alcançar com materiais de baixo custo e processáveis em solução, essas janelas de painel duplo baseadas em pontos quânticos e concentradores solares luminescentes ainda mais complexos oferecem uma nova maneira de reduzir o custo da eletricidade solar”, disse o pesquisador principal Victor Klimov. “A abordagem complementa a tecnologia fotovoltaica existente, adicionando coletores de luz solar de alta eficiência aos painéis solares existentes ou integrando-os como janelas semitransparentes na arquitetura de um edifício.”
A chave para este avanço é a “divisão do espectro solar”, que permite processar separadamente fótons solares de energia mais alta e mais baixa. Os fótons de maior energia podem gerar uma fototensão mais alta, o que poderia aumentar a produção geral de energia. Essa abordagem também melhora a fotocorrente, pois os pontos usados na camada frontal são praticamente “livres de reabsorção”.
Para conseguir isso, a equipe de Los Alamos incorpora íons de manganês em pontos quânticos que funcionam como impurezas altamente emissivas. A luz absorvida pelos pontos quânticos ativa essas impurezas. Após a ativação, os íons manganês emitem luz em energias abaixo do início da absorção dos pontos quânticos. Este truque permite a eliminação quase completa das perdas devido à autoabsorção pelos pontos quânticos.
Para transformar uma janela em um coletor de luz solar luminescente em tandem, a equipe de Los Alamos deposita uma camada de pontos quânticos dopados com manganês altamente emissivos na superfície do painel de vidro frontal e uma camada de pontos quânticos de seleneto de cobre e índio na superfície do painel traseiro. . A camada frontal absorve as porções azul e ultravioleta do espectro solar, enquanto o resto do espectro é captado pela camada inferior.
Após a absorção, o ponto reemite um fóton em um comprimento de onda maior, e então a luz reemitida é guiada por reflexão interna total para as bordas de vidro da janela. Lá, células solares integradas na moldura da janela coletam a luz e a convertem em eletricidade.
Referência: “Concentradores solares luminescentes em tandem baseados em pontos quânticos projetados” por Kaifeng Wu, Hongbo Li e Victor I. Klimov, 1º de janeiro de 2018, Fotônica da Natureza.
DOI: 10.1038/s41566-017-0070-7