Como o uso de nanopartículas de ouro está gerando ótimos resultados em eficiência energética:
Publicado em 17/10/2018 16/10/2019 por Carol Scossi
Energia solar possui um enorme potencial para mover nosso futuro. A cada hora, o sol envia mais energia para a Terra do que usamos durante um ano inteiro. O desafio sempre foi converter a energia do sol em eletricidade e obter uma boa eficiência energética.Atualmente, os painéis solares fotovoltaicos instalados são cerca de 15% eficientes. Os equipamentos mais recentes e modernos estão atingindo cerca de 20 a 25 por cento, enquanto as células fotovoltaicas de aplicações militares e espaciais podem atingir 30% de eficiência ou um pouco mais. Então, quando a notícia de que pesquisadores da Universidade de Hokkaido, no Japão, conseguiram atingir 85% de eficiência para a conversão da energia solar, ficamos impressionados!
O professor Hiroaki Misawa, do Instituto de Pesquisa de Ciência Eletrônica da Universidade de Hokkaido, liderou a equipe, que desenvolveu uma célula de configuração experimental. Eles utilizaram nanopartículas de ouro carregadas em uma camada de semicondutor de dióxido de titânio de 30 nanômetros de espessura. Essa camada é prensada entre a camada de nanômetro de ouro e uma camada de ouro de 100 nanômetros de espessura. Quando o sistema é exposto à luz, o filme de ouro funciona como um espelho. Ele prende a luz na cavidade entre a camada de ouro e as nanopartículas de ouro, permitindo-lhes absorver mais luz em uma faixa espectral maior do que normalmente.
Quando as nanopartículas de ouro absorvem a luz, a energia do fóton da fonte de luz dispara a excitação de elétrons no ouro, transferindo elétrons para a camada semicondutora de dióxido de titânio. Normalmente, as nanopartículas de ouro absorvem a luz em uma faixa muito estreita do espectro, limitando sua potência e eficiência. Com a adição da camada "espelho" de ouro, as nanopartículas passam a absorver energia da luz em uma ampla faixa de espectro.
"A eficiência da conversão de energia da luz é 11 vezes maior do que a dos sem funções de captura de luz", explicou Misawa em um comunicado à imprensa. Misawa e sua equipe ainda explicaram que o rendimento excepcionalmente alto de sua célula solar resulta de um fenômeno chamado de "ressonância plasmônica localizada", que absorve certos comprimentos de onda da luz através de uma oscilação ressonante de elétrons de condução. "Nosso fotoeletrodo criou uma nova condição, na qual plasma e a luz visível, presos na camada de óxido de titânio possuem forte interação, permitindo que a luz com uma ampla gama de comprimentos de onda seja absorvida por nanopartículas de ouro".
O uso do ouro como componente principal não ajudaria, de uma maneira simples, a reduzir o preço da energia solar. No entanto, as pequenas quantidades de ouro utilizadas para criar nanopartículas não devem impactar valores de forma substancial. "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", concluíram os pesquisadores no comunicado à imprensa.
O objetivo original da pesquisa foi criar um fotoeletrodo que usa a luz do sol para converter água em hidrogênio e oxigênio. Os elétrons do efeito fotoelétrico reduzem os íons de hidrogênio ao hidrogênio, enquanto os buracos de elétrons oxidam a água, produzindo oxigênio. Essa fotossíntese sintética mostra-se promissora no desenvolvimento de um sistema para produzir hidrogênio. Fonte essa, que poderia ajudar a produzir energia renovável. Será interessante ver como o uso de nanopartículas de ouro podem desempenhar um papel importante no segmento de energias renováveis.
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