Fonte: scitechdaily
Pode haver muitos materiais orgânicos e inorgânicos esquecidos que podem ser usados para aproveitar a luz do sol debaixo d'água e alimentar veículos submersíveis autônomos com eficiência, relatam pesquisadores da Universidade de Nova York. Sua pesquisa, publicada hoje (18 de março de 2020) na revista Joule, desenvolve diretrizes para valores ótimos de gap band em uma variedade de profundidades aquosas, demonstrando que vários semicondutores de gap de banda larga, em vez dos semicondutores de banda estreita usados no silício tradicional células solares, estão melhor equipadas para uso subaquático.
“Até agora, a tendência geral tem sido o uso de células de silício tradicionais, que mostramos estar longe do ideal quando você atinge uma profundidade significativa, já que o silício absorve uma grande quantidade de luz vermelha e infravermelha, que também é absorvida pela água - especialmente em grandes profundidades ”, diz Jason A. Röhr, associado de pesquisa de pós-doutorado no laboratório de Materiais e Dispositivos Transformadores do Prof. André D. Taylor na Escola de Engenharia Tandon da Universidade de Nova York e autor do estudo. "Com nossas diretrizes, materiais mais ideais podem ser desenvolvidos."
Atualmente, os veículos subaquáticos, como aqueles usados para explorar o oceano abissal, são limitados pela energia em terra ou por baterias ineficientes a bordo, impedindo viagens por longas distâncias e períodos de tempo. Mas enquanto a tecnologia de células solares que já decolou em terra e no espaço sideral poderia dar a esses submersíveis mais liberdade de locomoção, o mundo aquático apresenta desafios únicos. A água dispersa e absorve grande parte do espectro de luz visível, absorvendo comprimentos de onda solares vermelhos mesmo em profundidades rasas antes que as células solares à base de silício tivessem a chance de capturá-las.
A maioria das tentativas anteriores de desenvolver células solares subaquáticas foi construída a partir de silício ou silício amorfo, cada um com intervalos estreitos de banda mais adequados para absorver a luz em terra. No entanto, as luzes azul e amarela conseguem penetrar profundamente na coluna d'água, mesmo com a diminuição de outros comprimentos de onda, sugerindo que semicondutores com intervalos de banda mais largos não encontrados nas células solares tradicionais podem fornecer um melhor ajuste para fornecer energia debaixo d'água.
Para entender melhor o potencial das células solares subaquáticas, Röhr e colegas avaliaram corpos de água que vão das regiões mais claras dos oceanos Atlântico e Pacífico a um lago finlandês turvo, usando um modelo de balanço detalhado para medir os limites de eficiência das células solares em cada localização. Mostrou-se que as células solares coletam energia do sol até profundidades de 50 metros nos corpos de água mais claros da Terra, com águas geladas aumentando ainda mais a eficiência das células.
Os cálculos dos pesquisadores revelaram que os absorvedores de células solares funcionariam melhor com um intervalo de banda ideal de cerca de 1,8 volts de elétron a uma profundidade de dois metros e cerca de 2,4 volts de elétron a uma profundidade de 50 metros. Esses valores permaneceram consistentes em todas as fontes de água estudadas, sugerindo que as células solares poderiam ser adaptadas a profundidades operacionais específicas, e não a locais de água.
Röhr observa que células solares produzidas de maneira barata, feitas de materiais orgânicos, conhecidas por apresentar bom desempenho em condições de pouca luz, assim como ligas feitas com elementos dos grupos três e cinco da tabela periódica podem ser ideais em águas profundas. E embora a substância dos semicondutores diferisse das células solares usadas em terra, o design geral permaneceria relativamente semelhante.
“Embora os materiais para colheita do sol precisem mudar, o design geral não precisa necessariamente mudar muito”, diz Röhr. “Os painéis solares de silício tradicionais, como os que você pode encontrar em seu telhado, são encapsulados para proibir danos ao meio ambiente. Estudos mostraram que esses painéis podem ser imersos e operados em água por meses sem sofrer danos significativos aos painéis. Métodos de encapsulamento semelhantes podem ser empregados para novos painéis solares feitos de materiais ideais. ” Agora que descobriram o que faz as células solares subaquáticas efetivas funcionarem, os pesquisadores planejam começar a desenvolver materiais ideais.
"Isto é onde a diversão começa!" diz Röhr. “Nós já investigamos células solares orgânicas não encapsuladas que são altamente estáveis na água, mas ainda precisamos mostrar que essas células podem ser mais eficientes do que as células tradicionais. Dada a capacidade dos nossos colegas em todo o mundo, temos certeza de que veremos essas novas e emocionantes células solares no mercado em um futuro próximo. ”
