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Células solares da era espacial ficam mais baratas
Wafer do elemento germânio, utilizado na fabricação das células solares da era espacial, muito eficientes, mas muito caras.[Imagem: Eberhard Bamberg]
Engenheiros da Universidade de Utah, nos Estados Unidos, descobriram como fabricar finas fatias do elemento químico germânio sem perdas desse caríssimo material, abrindo caminho para a fabricação de células solares muito mais eficientes do que as tradicionais, feitas à base de silício.
Células solares de alta eficiência
Essas células solares de alta eficiência já são fabricadas para uso em painéis solares de sondas e naves espaciais. Com a nova técnica, os pesquisadores esperam estar criando as condições para que estas células solares à base de germânio possam vir a ser utilizadas em aplicações gerais aqui na superfície, onde o custo é um factor importante.
"Nós encontramos uma forma mais eficiente de fabricar wafers de germânio para células solares - reduzindo o custo e o peso dessas células solares e fabricando-as sem defeitos," explica o estudante Dinesh Rakwal, que desenvolveu a nova técnica sob orientação do professor Eberhard Bamberg.
Cristais de germânio
Como o silício, os cristais de germânio são cultivados artificialmente na forma de grandes cilindros, que devem ser cortados em fatias - os chamados wafers - para a fabricação das células solares e outros componentes electrónicos.
O problema é que o germânio é quebradiço demais, e o processo de corte resulta em um grande número de perdas e em wafers com defeitos. O corte é feito com serras de fitas de aço, desenvolvidas para o silício, que é 100 vezes mais resistente do que o germânio.
Eletroerosão
A nova técnica utiliza um fio extremamente fino de molibdênio pelo qual passa uma corrente elétrica. Essa técnica, chamada eletroerosão, é largamente utilizada na indústria, mas nunca havia sido aprimorada para uso com os cristais semicondutores.
Evitando a quebra das fatias de germânio, a técnica de eletroerosão permite a produção de wafers mais finos. E, como o próprio fio de molibdênio é mais fino do que as serras de aço tradicionais, uma menor quantidade de germânio é perdida no próprio processo de serragem.
Germânio
O germânio bruto custa cerca de US$1.500,00 dólares o quilograma. Cada fatia do cristal puro, com quatro polegadas de diâmetro, custa entre US$80,00 e US$100,00. É por isto que as células solares feitas com esse semicondutor até hoje somente são utilizadas em aplicações muito específicas, onde o custo dos painéis solares não é um fator determinante, como nas sondas espaciais e satélites artificiais.
Uma célula solar de silício tem uma eficiência típica de 20%, enquanto as células solares de germânio são 40% melhores. O germânio fica na base das células solares multijunção. Acima dele são colocadas camadas de arseneto de gálio-índio e fosfeto de gálio-índio. As camadas trabalham juntas para capturar diferentes comprimentos de onda da luz do Sol.
Wafer do elemento germânio, utilizado na fabricação das células solares da era espacial, muito eficientes, mas muito caras.[Imagem: Eberhard Bamberg]
Engenheiros da Universidade de Utah, nos Estados Unidos, descobriram como fabricar finas fatias do elemento químico germânio sem perdas desse caríssimo material, abrindo caminho para a fabricação de células solares muito mais eficientes do que as tradicionais, feitas à base de silício.
Células solares de alta eficiência
Essas células solares de alta eficiência já são fabricadas para uso em painéis solares de sondas e naves espaciais. Com a nova técnica, os pesquisadores esperam estar criando as condições para que estas células solares à base de germânio possam vir a ser utilizadas em aplicações gerais aqui na superfície, onde o custo é um factor importante.
"Nós encontramos uma forma mais eficiente de fabricar wafers de germânio para células solares - reduzindo o custo e o peso dessas células solares e fabricando-as sem defeitos," explica o estudante Dinesh Rakwal, que desenvolveu a nova técnica sob orientação do professor Eberhard Bamberg.
Cristais de germânio
Como o silício, os cristais de germânio são cultivados artificialmente na forma de grandes cilindros, que devem ser cortados em fatias - os chamados wafers - para a fabricação das células solares e outros componentes electrónicos.
O problema é que o germânio é quebradiço demais, e o processo de corte resulta em um grande número de perdas e em wafers com defeitos. O corte é feito com serras de fitas de aço, desenvolvidas para o silício, que é 100 vezes mais resistente do que o germânio.
Eletroerosão
A nova técnica utiliza um fio extremamente fino de molibdênio pelo qual passa uma corrente elétrica. Essa técnica, chamada eletroerosão, é largamente utilizada na indústria, mas nunca havia sido aprimorada para uso com os cristais semicondutores.
Evitando a quebra das fatias de germânio, a técnica de eletroerosão permite a produção de wafers mais finos. E, como o próprio fio de molibdênio é mais fino do que as serras de aço tradicionais, uma menor quantidade de germânio é perdida no próprio processo de serragem.
Germânio
O germânio bruto custa cerca de US$1.500,00 dólares o quilograma. Cada fatia do cristal puro, com quatro polegadas de diâmetro, custa entre US$80,00 e US$100,00. É por isto que as células solares feitas com esse semicondutor até hoje somente são utilizadas em aplicações muito específicas, onde o custo dos painéis solares não é um fator determinante, como nas sondas espaciais e satélites artificiais.
Uma célula solar de silício tem uma eficiência típica de 20%, enquanto as células solares de germânio são 40% melhores. O germânio fica na base das células solares multijunção. Acima dele são colocadas camadas de arseneto de gálio-índio e fosfeto de gálio-índio. As camadas trabalham juntas para capturar diferentes comprimentos de onda da luz do Sol.
Redação do Site Inovação Tecnológica (Br)