Avanço revolucionário na fabricação de células fotovoltaicas

Fonte: inovacaotecnologica,com,br

Estruturas das interconexões 3D das microcélulas solares.

[Imagem: Mathieu de Lafontaine et al. - 10.1016/j.xcrp.2023.101701]

Microcélulas solares

Embora as células solares sejam fabricadas há décadas usando a mesma tecnologia da microeletrônica do silício - e esta é uma das razões pelas quais os painéis solares são tão caros - esses componentes fotovoltaicos nunca se beneficiaram da miniaturização que comanda o desenvolvimento dos transistores, por exemplo.

Isso, até agora, graças ao trabalho de uma equipe internacional que finalmente conseguiu fabricar células solares em dimensões micrométricas - lembre-se que os transistores já estão rompendo a barreira inferior da escala nanométrica.

Na verdade, microcélulas solares já existem há anos, mas como unidades individuais, ainda não sendo práticas para montagem em grandes matrizes em painéis solares.

Agora, os pesquisadores conseguiram refazer as conexões das células solares levando os eletrodos para a parte traseira do próprio componente semicondutor fotovoltaico, o que viabiliza sua fabricação em larga escala.

As microcélulas solares, com dimensões equivalentes a apenas duas vezes a espessura de um fio de cabelo, apresentam vantagens significativas sobre as tecnologias solares convencionais, reduzindo o sombreamento induzido pelos eletrodos em 95% e reduzindo os custos de produção de energia em até três vezes.

A técnica de interconexão 3D terá aplicações em várias outras áreas.

[Imagem: Mathieu de Lafontaine et al. - 10.1016/j.xcrp.2023.101701]

Grandes ganhos

As interconexões 3D, feitas pela parte traseira do circuito, permitiram um aumento de 6 vezes no uso da área de cada pastilha de silício, além de uma redução da área do dispositivo em até 3 ordens de grandeza.

"Este avanço tecnológico promete benefícios significativos para a sociedade. Células solares mais baratas e mais potentes ajudarão a acelerar a mudança energética. Baterias nucleares leves facilitarão a exploração espacial e a miniaturização de dispositivos contribuirá para o crescimento da internet das coisas e levará a computadores e celulares mais poderosos," disse Mathieu de Lafontaine, da Universidade de Ottawa, no Canadá.

Bibliografia:

Artigo: 3D interconnects for III-V semiconductor heterostructures for miniaturized power devices
Autores: Mathieu de Lafontaine, Thomas Bidaud, Guillaume Gay, Erwine Pargon, Camille Petit-Etienne, Artur Turala, Romain Stricher, Serge Ecoffey, Maïté Volatier, Abdelatif Jaouad, Christopher E. Valdivia, Karin Hinzer, Simon Fafard, Vincent Aimez, Maxime Darnon
Revista: Cell Reports Physical Science
Vol.: 101701
DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101701

 

Bateria nuclear brasileira poderá durar 200 anos

Fonte: inovacaotecnologica.com.br

Bateria atômica de amerício

Enquanto uma empresa chinesa anunciava uma bateria nuclear com duração de 50 anos, pesquisadores brasileiros divulgaram seu próprio feito, mostrando uma bateria que poderá durar quatro vezes mais.

A bateria nuclear brasileira está sendo desenvolvida por uma equipe do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), em São Paulo (SP).

Enquanto a bateria chinesa é baseada no isótopo radioativo níquel-63 (63Ni), que tem meia-vida de 100,1 anos, a bateria nuclear brasileira usa o isótopo amerício-241 (241Am), que tem meia-vida de 432 anos.

Meia-vida é o período de tempo necessário para que metade de uma dada quantidade de um radioisótopo transforme-se em outro elemento devido à emissão de uma partícula. Assim, a bateria nuclear baseada em amerício-241 tem potencial para continuar fornecendo pelo menos metade de sua carga original por mais de dois séculos.

Diversos radionuclídeos têm sido utilizados no desenvolvimento de baterias nucleares, dependendo do tempo de duração da carga e potência desejados. Entre os mais utilizados estão o estrôncio-90, plutônio-238 e o próprio amerício-241, que são materiais obtidos por meio do reprocessamento de combustível nuclear utilizado em reatores.

Essa etapa do ciclo do combustível nuclear não é realizada no país, mas o IPEN possui o material como rejeito radioativo, o que o torna particularmente interessante para uma aplicação de longa duração - o amerício-241 tem diversos usos, como nos medidores de densidade do combustível dos aviões.

Medições do rendimento do protótipo da bateria nuclear brasileira - o dispositivo quadrado cinza dentro da câmara amarela, à direita.

[Imagem: E.R. Paiva/IPEN-CNEN]

Fraca por falta de combustível

No protótipo da bateria nuclear foram usadas 11 fontes de amerício-241, com cerca de 2,9 Curies (Ci). O calor gerado pelo decaimento radioativo é então passado para um material termoelétrico, o qual transforma um diferencial de temperatura em eletricidade.

Em razão da limitação da quantidade de material radioativo disponível para a construção do protótipo, o aumento de temperatura gerado pela bateria é pequeno, de cerca de 6 ºC. Em conjunto com o material termoelétrico utilizado pela equipe, a bateria gera uma tensão elétrica de apenas 20 milivolt.

Apesar do baixo rendimento, o protótipo serviu para demonstrar a viabilidade do conceito. Segundo a pesquisadora Maria Alice Ribeiro, com materiais de maior atividade será possível construir uma bateria com capacidade suficiente para energizar sensores e pequenos dispositivos da internet das coisas - por exemplo, cita ela, uma estação meteorológica remota.

A equipe agora está lidando com os trâmites legais para viabilizar o licenciamento das baterias nucleares e regulamentar seu uso.