Fabricar células solares extremamente finas usando materiais sustentáveis e uma impressora 3D com precisão nanométrica: esse é o foco da pesquisa que está sendo realizada pelo Prof. Dr. Julien Bachmann, Presidente do departamento de Química de Materiais de Filmes Finos da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU Erlangen-Nürnberg) na Baviera. Ele recebeu uma bolsa do European Research Council (Conselho Europeu de Pesquisa), o ERC Proof of Concept, que visa estimular a excelência científica na Europa, incentivando a competição por financiamento entre os melhores pesquisadores criativos de qualquer nacionalidade e idade no mundo. O Conselho Europeu de Pesquisa concede financiamento a projetos de pesquisa inovadores. Ao contrário das bolsas principais do ERC (bolsas Starting, Consolidator, Advanced e Synergy) que tem foco em pesquisa tradicional, as bolsas ERC Proof of Concept se destinam a projetos que desejam explorar o potencial econômico e social.
Em sua pesquisa anterior, o professor Bachmann conseguiu mostrar o impacto que a estrutura da superfície dos semicondutores tem na eficiência das células solares no menor nível. Com uma impressora 3D de alta resolução com precisão de até 0,000001 milímetros, ele agora espera testar sistematicamente qual estrutura de superfície torna o semicondutor mais eficiente. Este processo de otimização é necessário para que materiais sustentáveis sejam usados no campo das energias renováveis.
Até agora, os semicondutores necessários para gerar o fluxo de corrente nas células solares eram tipicamente feitos de silício. O processo de fabricação é, no entanto, bastante inflexível e caro em termos de energia e recursos. Para encontrar uma solução mais amiga do meio ambiente, é necessário ter formas de utilizar materiais sustentáveis, como os que são atualmente utilizados nas tintas. No entanto, até agora, as células solares produzidas com materiais e processos alternativos provaram ser menos eficientes do que as fabricadas por métodos convencionais. A razão é a estrutura superficial controlada dos materiais em nano escala.
Em um projeto anterior, o professor Bachmann investigou maneiras pelas quais alterar os parâmetros geométricos da estrutura da superfície dos materiais aumentando a eficiência das células solares. Ele agora está se concentrando no uso de protótipos para testar sistematicamente suas descobertas anteriores. O professor Bachmann pretende usar uma impressora 3D de alta resolução para produzir rapidamente vários protótipos nos quais ele pode alterar facilmente fatores individuais para obter o melhor resultado de maneira mais eficiente.
Sua equipe projetou um novo método para impressão 3D, conhecido como manufatura aditiva de camada atômica, ou ALAM. Ao contrário dos métodos convencionais baseados em silício, onde as formas e estruturas são fabricadas pela remoção de material supérfluo, o novo método envolve depositar o semicondutor diretamente na forma necessária desde o início, e assim economizando material. Para imprimir com precisão de 0,000001 milímetros, os átomos individuais são transportados e fixados à superfície usando moléculas projetadas especificamente para esse fim.
O ALAM foi projetado, inicialmente sem focar especificamente em células solares, pela Cátedra ‘Química de Materiais de Filmes Finos’ do Professor Bachmann na FAU, juntamente com a Academia Eslovaca de Ciências, a Universidade Técnica da Dinamarca e a startup Atlant 3D Nanosystems.
Agora, o projeto visa investigar até que ponto o procedimento é adequado para a produção de células solares de filme fino. O professor Bachmann gostaria de expandir as capacidades do protótipo da impressora ALAM para permitir que diferentes materiais, necessários para a fabricação de semicondutores, sejam impressos em camadas, uma sobre a outra.
A equipe pretende produzir vários protótipos de células solares com diferentes estruturas de superfície e testar seu desempenho. O objetivo é projetar uma alternativa sustentável e eficiente às células solares convencionais. As descobertas podem ajudar a tornar a energia renovável mais acessível e ajudar a reduzir a dependência do silício, que também é usado para microtecnologia em smartphones e computadores. “A impressão 3D convencional revolucionou o processo de produção e desenvolvimento de protótipos na indústria. A técnica ALAM pode desencadear uma revolução semelhante no nível nano, permitindo que muitos outros setores econômicos fabriquem peças e dispositivos nos níveis micro e nano de forma independente”, explicou o professor Bachmann.
ERC Proof of Concept
“Estamos muito satisfeitos que os pesquisadores da FAU recebam regularmente bolsas do ERC. Estou particularmente orgulhoso do fato de o Prof. Dr. Julien Bachmann ser o primeiro pesquisador da FAU a receber uma bolsa ERC Proof of Concept. Isso mostra, mais uma vez, que a pesquisa excelente não é apenas realizada diariamente na FAU, mas também que nossas descobertas são benéficas para a sociedade como um todo”, disse o Prof. Dr. Joachim Hornegger, presidente da FAU, parabenizando o Prof. Dr. Bachmann pelo seu sucesso na pesquisa.
O Ministro da Ciência da Baviera, Bernd Sibler, também fez questão de expressar suas felicitações: “Estou orgulhoso de que nossas universidades bávaras sejam muito bem-sucedidas em obter financiamento do Conselho Europeu de Pesquisa. As bolsas ERC são uma referência de excelência em pesquisa realizada por uma universidade em nível internacional e são muito respeitadas na comunidade acadêmica. Três das bolsas de ERC Proof of Concept concedidas são destinadas a pesquisadores da Baviera. Gostaria de agradecer ao Professor Dr. Julien Bachmann e Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg e desejar-lhes muito sucesso em seu projeto”.
