Usando dois tipos de pontos quânticos de "designer", 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 sintonizados para absorver diferentes partes do espectro solar.
Pesquisadores do Laboratório Nacional 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 sintonizados para absorver diferentes partes do espectro solar. A abordagem complementa a tecnologia fotovoltaica existente, adicionando coletores solares de alta eficiência a painéis solares existentes ou integrando-os como janelas semitransparentes na arquitetura de um edifício.
Créditos: DOE / Los Alamos National Laboratory
"Devido ao forte desempenho que podemos obter com materiais processáveis por solução e de baixo custo, 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 Victor Klimov. "A abordagem complementa a tecnologia fotovoltaica existente adicionando coletores solares de alta eficiência a painéis solares existentes ou integrando-os como janelas semitransparentes na arquitetura de um edifício".
A chave para esse avanço é a "divisão do espectro solar", que permite processar separadamente fótons solares de energia mais alta e mais baixa. Os fótons de alta energia podem gerar uma fotovoltagem mais alta, o que poderia impulsionar a potência total. Essa abordagem também melhora a fotocorrente, já que os pontos usados na camada frontal são praticamente "livres de reabsorção".
Para conseguir isso, a equipe de Los Alamos incorpora íons quânticos de manganês que servem como impurezas altamente emissivas. A luz absorvida pelos pontos quânticos ativa essas impurezas. Após a ativação, os íons de manganês emitem luz em energias abaixo do início da absorção de pontos quânticos. Este truque permite a eliminação quase completa das perdas devido à auto-absorção pelos pontos quânticos.
Para transformar uma janela em um coletor de luz solar luminescente conjunto, a equipe de Los Alamos deposita uma camada de pontos quânticos dopados com manganês altamente emissivo na superfície da vidraça frontal e uma camada de pontos quânticos de cobre selênio de índio na superfície da vidraça. 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 emite novamente um fóton em um comprimento de onda maior e, em seguida, a luz reemitida é guiada pela reflexão interna total das bordas de vidro da janela. Ali, as células solares integradas na moldura da janela recolhem a luz e convertem-na em eletricidade.
Fonte: DOE / Los Alamos National Laboratory.
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