Simulao computacional seleciona materiais para melhorar clulas solares

Planto

Com informações da Agência Fapesp – 30/06/2021

Dicalcogenetos

Os metais de transio dicalcogenetos (TMDs, na sigla em ingls) formam uma famlia de materiais que combinam metais de transio (como titnio, tungstnio ou molibdnio) e elementos calcognios (como enxofre, selnio ou telrio).

Um dos diferenciais dos TMDs – entre os quais a agora bem conhecida molibdenita – est na possibilidade de obt-los na forma de finssimas camadas, com apenas trs tomos de espessura.

Devido sua bidimensionalidade e a algumas das suas propriedades eltricas e pticas, esses materiais despertam interesse para aplicao em clulas solares.

Com o auxlio de ferramentas computacionais, uma equipe de pesquisadores brasileiros avaliou 72 TMDs e identificou trs que renem todas as condies necessrias para uso em clulas solares de alto desempenho.

Totalmente realizado por meio de simulaes computacionais, o estudo demandou menos tempo e recursos do que se tivesse sido feito experimentalmente, mediante sntese e caracterizao dos materiais, de acordo com a equipe do Centro de Inovao em Novas Energias (CINE), uma parceria da FAPESP e da Shell distribuda pelas universidades Estadual de Campinas (Unicamp), de So Paulo (USP) e IPEN (Instituto de Pesquisas Energticas e Nucleares).

Algoritmo usado pela equipe para selecionar os materiais mais promissores a serem sintetizados.
[Imagem: A. C. Dias et al. – 10.1021/acsaem.0c03039]

Heterojunes

Os pesquisadores se concentraram em um grupo de TMDs ainda pouco estudado e buscaram predizer se cada um dos materiais – e as combinaes entre os mais promissores – apresentariam as caractersticas necessrias para a sua aplicao em clulas solares: estabilidade, comportamento semicondutor, boa absoro da luz solar e boa eficincia na converso da luz em eletricidade.

“Descobrimos que, do grupo inicial de 72 materiais, 22 eram estveis para sntese experimental e 14 poderiam ser aplicados em clulas solares. Entretanto, desses 14, apenas composies com trs desses sistemas forneceriam clulas solares com rendimento interessante do ponto de vista comercial,” contou o pesquisador Alexandre Cavalheiro Dias.

As trs composies mais promissoras, que apresentaram cerca de 20% de eficincia na converso de energia, foram as heterojunes molibdnio-telrio-selnio (MoTe2/MoSe2), molibdnio-selnio-tungstnio-enxofre (MoSe2/WS2) e molibdnio-telrio-tungstnio-enxofre (MoTe2/WS2).

“Esse estudo serve como um referencial para produo de novas clulas solares, principalmente indicando quais materiais no possuem qualquer aptido para essa aplicao,” comentou Alexandre. “Na hora de tentar criar de fato a clula solar, o trabalho dar uma direo ao pesquisador experimental sobre quais materiais ele poderia utilizar para criar um dispositivo eficiente.”

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