Poderia Aproveitar as Flutuações Quânticas Resultar em Painéis Solares Mais Eficientes?

Se os cientistas estiverem corretos, o mundo pode estar à beira de uma crise climática.  Nesse caso, algo deve ser feito mais cedo do que tarde para enfrentar o problema.  Para muitos, a solução mais fácil para combater a mudança climática continua sendo a transição da nossa dependência de combustíveis fósseis como fonte de energia para opções mais sustentáveis como hidro, eólica, geotérmica e solar.  No entanto, para que isso realmente ocorra, é necessário um esforço conjunto para avançar a tecnologia por trás dessas alternativas.  Felizmente, os pesquisadores já estão trabalhando arduamente, com vários estudos recentes apontando para um futuro promissor das células fotovoltaicas, que tornam possível a captura de energia solar.

Resonadores Bowtie

Um desses estudos mencionados descreveu com sucesso um futuro no qual, por meio da dependência de flutuações quânticas, os ‘resonadores bowtie’ podem potencialmente auto‑fabricar‑se.

Os resonadores bowtie são um tipo de estrutura que será usada em células fotovoltaicas de próxima geração, construídos com o objetivo de aprisionar a luz dentro de um vazio fechado.  O propósito disso é maximizar o tempo de contato entre a luz aprisionada e o meio utilizado para transferir/capturar energia.  Curiosamente, os resonadores bowtie recebem esse nome devido à sua forma que se assemelha a uma gravata borboleta.

Normalmente, na ausência de vazamento, quanto menor o resonador, mais eficaz ele é em aprisionar a luz – levando a maior eficiência e captura de energia.  Infelizmente, chegamos a um ponto em que as técnicas de fabricação tradicionais já foram quase totalmente exploradas.  É aqui que o estudo entra, ao buscar aproveitar as flutuações quânticas que resultam nas forças fundamentais conhecidas como

• Efeito Casimir
• Forças de Van der Waals

O objetivo disso foi essencialmente orientar a auto‑fabricação de um resonador muito menor do que é atualmente possível em escala.  O resultado foi um avanço significativo e bem‑sucedido na fabricação de dispositivos semicondutores, pois a equipe conseguiu aproveitar as forças de Casimir e Van der Waals para a ‘auto‑montagem determinística’ de nanoestruturas de silício suspensas e a criação bem‑sucedida de um vazio resonador nanoscópico.
Simplificando – em vez de tentar construir um resonador em escala tão pequena, a equipe construiu duas metades e confiou nas flutuações quânticas para ‘fundí‑las’ quando colocadas em proximidade extremamente próxima uma da outra.  O artigo indica que “Por outro lado, a tecnologia semicondutora planar teve um impacto tecnológico imenso, graças à sua escalabilidade inerente, mas parece incapaz de alcançar as dimensões atômicas possibilitadas pela auto‑montagem.”

O Que Isso Significa?

As implicações desta tecnologia são de longo alcance, com aplicações potenciais em diversos campos. O artigo elabora isso, afirmando o seguinte.

“Embora nosso trabalho demonstre a auto‑montagem de cavidades fotônicas com confinamento de poucos a sub‑nanômetros, nosso método pode ser aplicado em um campo de pesquisa e tecnologia muito mais amplo, por exemplo, sequenciamento de nanoporos de estado sólido, eletrodos de tunelamento quântico em nanogap ou máscaras de sombra de ultra‑alta qualidade para dispositivos eletrônicos quânticos supercondutores.

De forma mais geral, nosso trabalho abre perspectivas para explorar novos regimes de fotônica, eletrônica e mecânica em escalas atômicas, ao mesmo tempo que permite integração escalável e auto‑alinhada com arquiteturas de chips de grande escala.”

A cavidade acoplada a guia de ondas auto‑montada é particularmente interessante no que diz respeito à interação luz‑matéria aprimorada, potencialmente permitindo a operação de dispositivos em níveis de fóton único e facilitando novos níveis de eficiência ainda não vistos em células fotovoltaicas.

Células Fotovoltaicas de Contato Traseiro

Notavelmente, este não é o único avanço potencialmente revolucionário nas últimas semanas envolvendo células fotovoltaicas.  Pesquisadores da Universidade de Ottawa (U of O) fabricaram com sucesso as “…primeiras células fotovoltaicas micrométricas de contato traseiro”.

Fonte: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386423005325?via%3Dihub#abs0015