Metamaterial isolante tornará células solares transparentes

Metamateriais dielétricos

O metamaterial dielétrico: m – momento dipolar magnético, j – loops de corrente elétrica e T, momento dipolar toroidal.[Imagem: NUST/MISIS]

Uma equipe da Universidade Nacional de Ciência e Tecnologia (MISIS), na Rússia, demonstrou uma nova direção promissora para o desenvolvimento dos metamateriais, materiais artificiais que, em poucos anos, saíram das demonstrações teóricas de matemática pura para aplicações práticas em larga escala, de protetores acústicos e mantos da invisibilidade até proteções contra terremotos e tsunamis.

Tipicamente, esses materiais têm sido construídos com minúsculas estruturas metálicas, que funcionam como conjuntos de antenas para manipular as ondas – eletromagnéticas, acústicas, marinhas etc.

Anar Ospanova e seus colegas demonstraram que não apenas pode ser mais fácil fabricar metamateriais usando materiais isolantes, ou dielétricos, como os materiais artificiais assumem características únicas, não demonstradas até agora com os materiais metálicos.

O resultado mais promissor será tornar as células solares transparentes – na prática criando um “manto da invisibilidade” para o silício – aumentando a quantidade de luz solar que essas células podem absorver.

Anapolos

A grande vantagem é que os materiais dielétricos permitem criar anapolos – do grego “sem pólos”. Um anapolo é uma distribuição de cargas e correntes que não irradia e nem interage com campos eletromagnéticos externos.

O resultado são difusores não emissores e transparentes para radiação eletromagnética. E, como os anapolos são ressonadores ideais, quando recebem a radiação que incide sobre eles, toda a energia é retida dentro do anapolo, com as oscilações eletromagnéticas se desvanecendo muito lentamente.

Em comparação com os metamateriais metálicos, os metamateriais dielétricos são mais promissores também porque não aquecem sob exposição à radiação eletromagnética, o que minimiza sua dispersão de energia. E eles podem ser usados no espectro óptico para controlar sua ressonância.

Fabricação simples

Já foram feitos metamateriais dielétricos antes, mas eles foram fabricados usando nanopartículas complexas – esféricas ou cilíndricas – ou pela deposição de várias nanocamadas.

O que a equipe russa demonstrou é que possível fabricá-los perfurando buracos em um filme fino de silício ou outros materiais não condutores. Uma das maneiras mais fáceis de fazer isso é usar um feixe de íons focalizado, que cria buracos de até 5 nanômetros de largura.

A equipe sugere que estes novos materiais poderão ser usados em nano-óptica e em células solares. O trabalho na parte experimental do estudo continua em colaboração com parceiros internacionais.

“Nós descobrimos que esses metamateriais podem ser transparentes a ondas eletromagnéticas, o que, em experimentos reais com silício, deverá mostrar a evidência da nossa técnica e aumentar significativamente a transparência das placas de silício, por exemplo, para uso em baterias solares,” disse o professor Alexey Basharin, coordenador da parte teórica do trabalho.

Fonte: Inovação Tecnológica