Imagem do mês de junho. Entrevista com o autor.

Imagem de SEM de silício texturizado com nanopartículas de Ag. Crédito: Douglas Soares da Silva, estudante da UNICAMP (SP).

Imagem MEV de silício texturizado com nanopartículas de Ag.

Na página do mês de junho do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, uma imagem de microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostra uma das pirâmides micrométricas “esculpidas” na superfície de uma amostra de silício cristalino, parcialmente coberta por nanopartículas de prata (os pontinhos claros da imagem). Esta estrutura, longe de ter apenas uma função decorativa, pode ser usada para fabricar células fotovoltaicas (dispositivos que transformam diretamente a luz do sol em corrente elétrica) mais eficientes. De fato, enquanto a geometria das pirâmides aumenta a probabilidade de absorção da luz pelo material, a presença das nanopartículas de prata ajuda a direcioná-la para onde interessa por meio dos chamados “efeitos plasmônicos”.

A imagem foi realizada no Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) por Douglas Soares da Silva, e depois colorizada digitalmente. Douglas está concluindo seu doutorado em Física na Unicamp com orientação do professor Francisco das Chagas Marques. Em paralelo, ele trabalha no Instituto de Química da Unicamp com técnicas de microscopia (eletrônica e de força atômica), auxiliando grupos de pesquisa desse instituto e seus colaboradores.

Segue uma entrevista com Douglas.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Fale sobre o contexto em que foi gerada a imagem.

Douglas Soares da Silva: – Esta imagem ilustra o resultado final de um processo de microtexturização superficial, na forma de pirâmides com base quadrada, de silício cristalino, seguido de uma segunda etapa onde as microestruturas produzidas são decoradas com nanopartículas de prata (Ag). O objetivo deste procedimento foi produzir uma estrutura final onde fosse aumentada tanto a probabilidade de absorção de luz como seu subsequente aproveitamento na fotocriação de portadores de carga, potencializando, com isso, a produção de células fotovoltaicas mais eficientes. Este trabalho, coordenado pelo Prof. Dr. Francisco das Chagas Marques com financiamento da FAPESP e do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies (CNPq – programas INCTs), foi desenvolvido paralelamente às atividades de pesquisa diretamente relacionadas ao tema de meu doutorado.

Boletim Engenharia de Superfícies: Por que/para que o silício foi texturizado formando pirâmides?

Douglas Soares da Silva: – A texturização em forma de pirâmides com base quadrada ocorre graças à existência de anisotropia à corrosão química por parte dos planos cristalográficos do silício. As pirâmides criadas na texturização da superfície do silício aumentam a probabilidade de absorção da luz pelo material. É como se o feixe incidente colidisse com as faces das pirâmides e resultasse em maiores chances de ultrapassar a interface com o material. O resultado pode ser visto por uma diminuição da reflexão, que em geral altera-se de 40%, quando luz na faixa do visível é incidida perpendicularmente sobre uma lâmina de silício polida, para próximo de 10% no caso do material texturizado. Esta técnica é rotineiramente usada em tecnologias de produção de células solares.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Como foram “inseridas” as nanopartículas de prata?

Douglas Soares da Silva: – Posterior à etapa de microtexturização, induziu-se termicamente, e em ultra-alto-vácuo, a formação de nanopartículas de Ag sobre toda a superfície microtexturizada a partir de um filme muito fino depositado através da técnica de pulverização, chamada de “sputtering”. A vantagem da metodologia utilizada é exatamente a revelada pela imagem: as partículas podem ocupar de maneira uniforme superfícies muito inclinadas.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Explique muito brevemente em que consistem os efeitos plasmônicos que podem ser incentivados pela presença das nanopartículas de prata.

Douglas Soares da Silva: – Efeitos plasmônicos, de forma bastante sucinta, podem ser entendidos como processos de espalhamento de luz causado por oscilações de cargas elétricas. Fenômenos como a amplificação localizada da radiação incidente e/ou seu desvio controlado de trajetória podem ser induzidos a partir da interação entre os campos oscilantes que a compõem com os elétrons, sobretudo aqueles de maior mobilidade, presentes, por exemplo, em nanopartículas de Ag. A intensidade desses fenômenos dependerá tanto do comprimento de onda da radiação incidente quanto da forma, tamanho e o ambiente em que a nanopartícula está imersa. Em nosso caso, o objetivo era produzir maior redirecionamento da luz solar para a homojunção PN da célula fotovoltaica de silício.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Gostaria de agradecer alguém que tenha participado da realização da imagem vencedora?

Douglas Soares da Silva: – Gostaria de agradecer aos profissionais técnicos da área de microscopia eletrônica do LNNano/CNPEM pelos ensinamentos e pela ajuda nas caracterizações. A imagem foi obtida no microscópio eletrônico de varredura deste centro. Agradeço também ao Dr. Gustavo Viana pela interpolação de cores desta micrografia.

Para entrar em contato com Douglas: dsoares@ifi.unicamp.br.

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