Essa propriedade dos nanotubos era conhecida, mas seu uso em tal aplicação era prejudicado por dois problemas. Em primeiro lugar, sua fabricação produz geralmente uma mistura de dois tipos: semicondutor e metálico. Outro problema é que os nanotubos tendem a se aglutinar, o que reduz sua eficiência.
A nova pesquisa mostrou que os efeitos dos dois tipos de nanotubos são diferentes e que os semicondutores podem melhorar o rendimento das células solares, enquanto os metálicos têm o efeito oposto.
Para resolver o problema do aglutinamento dos nanotubos, entram em cena os vírus. Xiangnan Dang e colegas observaram que uma versão modificada geneticamente de um vírus conhecido como M13, que geralmente infecta bactérias, pode ser usada para controlar o arranjo de nanotubos em uma superfície, mantendo-os separados e isolados de modo que eles não grudem uns nos outros nem causem curtos-circuitos.
Nos testes, a estrutura com vírus aumentou de 8% para 10,6% a eficiência da conversão energética. Os cientistas do MIT usaram um tipo de célula solar de baixo custo na qual a camada ativa é composta de dióxido de titânio, mas afirmam que a técnica pode ser aplicada em células convencionais de silício.
O conjunto de nanotubos e vírus representa um peso ínfimo, de aproximadamente 0,1% da célula solar.
Os vírus realizam duas funções diferentes no sistema. Primeiramente, eles fazem com que pequenas proteínas (peptídeos) se unam fortemente aos nanotubos, mantendo separadas as minúsculas estruturas de carbono. Cada vírus é capaz de segurar até dez tubos, cada um mantido por 300 peptídeos.
Além disso, os vírus foram induzidos geneticamente para produzir um filme de dióxido de titânio – ingrediente fundamental para as células solares utilizadas – sobre cada um dos nanotubos, aproximando o dióxido de titânio dos nanotubos que transportam os elétrons.
As duas funções foram realizadas alternadamente, por meio da mudança da acidez do meio no qual os vírus se encontram. Segundo os autores do estudo, essa troca de função também foi demonstrada pela primeira vez.
O artigo Virus-templated self-assembled single-walled carbon nanotubes for highly efficient electron collection in photovoltaic devices (doi:10.1038/nnano.2011.50), de Xiangnan Dang e outros, pode ser lido por assinantes da Nature Nanotechnology em www.nature.com/nnano.