Rectena: nova célula solar captura luz por antenas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/10/2011

Este protótipo mostra uma rectena feita com componentes tradicionais, com um diodo de 300 nanômetros de nióbio, capaz de captar radiação na frequência dos terahertz.
[Imagem: Moddel et al.]

Antena para luz

Ela não deixa de ser uma célula solar, mas seus criadores preferem chamá-la de "rectena", uma mistura de retificador (rectifier) e antena.

Em vez de usar o efeito fotoelétrico, a rectena usa microantenas para capturar a luz na forma de ondas eletromagnéticas e converte essas ondas em eletricidade usando nanodiodos operando em frequências ultra-elevadas.

As rectenas em nanoescala estão sendo propostas por Garret Moddel, Zixu Zhu e Sachit Grover, da Universidade do Colorado, nos Estados Unidos.

Segundo eles, a grande vantagem desta nova abordagem é suprir uma das maiores limitações das células solares tradicionais: a absorção limitada apenas à luz de menor comprimento de onda.

Ondas de energia

Na rectena, as ondas eletromagnéticas de amplo espectro - em outras palavras, a luz do Sol - são captadas por antenas com dimensões na faixa dos nanômetros ou micrômetros.

Na saída da antena, os pulsos de luz são essencialmente pulsos elétricos, ou corrente alternada. Essa corrente passa então através de um conjunto de diodos, formando um circuito elétrico comum, chamado ponte retificadora, que transforma a corrente alternada em corrente contínua - só que tudo em nanoescala.

"Uma célula solar poderá incorporar milhões desses elementos em paralelo, depositados sobre um substrato de vidro ou de plástico. Os custos de fabricação serão baixos, com os componentes sendo produzidos de forma contínua em um processo roll-to-roll," escrevem os pesquisadores.

Em termos teóricos, uma rectena poderia alcançar uma eficiência de 93% - contra algo entre 20 e 30% das melhores células solares fotovoltaicas atuais.

Mas, na prática, isso exigiria que os diodos operassem na faixa dos petahertz (10¹⁵Hz) para coletar a luz na faixa visível do espectro, o que está várias ordens de magnitude acima dos componentes eletrônicos mais rápidos da atualidade.

Há ainda problemas no casamento de impedância entre o diodo e a antena e perdas de sinal na própria antena, devido às frequências muito elevadas.

Este protótipo mostra uma rectena usando os diodos geométricos de grafeno, a primeira solução plausível para os muitos desafios que ainda restam para a viabilização desse novo modelo de célula solar.
[Imagem: Moddel et al.]

Super Grafeno

Para tentar superar essas limitações, os cientistas estão tentando usar antenas dielétricas e um novo dispositivo, que eles chamam de diodo geométrico.

Um diodo geométrico é um componente que, por ser plano (não ser formado por um sanduíche de outros materiais) ele evita a briga capacitância/resistência no acoplamento com a antena - por ser feito de um material condutor, ele pode ter baixa resistência e baixa capacitância.

O material escolhido, como não poderia deixar de ser, é o grafeno.

Embora o conceito de captar a luz por antenas não seja nova, esta é a primeira proposta de um componente que consegue lidar eficazmente com o problema das frequências ultra-elevadas.

Inúmeros grupos ao redor do mundo estão trabalhando com o grafeno, o que pode significar que técnicas industriais de produção para fabricar os diodos geométricos em larga escala estejam disponíveis a médio prazo.

Por enquanto, o protótipo funcionou apenas em escala de laboratório, para luz infravermelha, o que corresponde a uma frequência de 28 THz.

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