Foi descoberta uma forma de ultrapassar, na eficiência dos painéis solares, o limite fundamental.

Новый метод позволяет превращать «лишнюю» энергию света в дополнительные носители заряда, превышая классическое ограничение

Durante décadas, a eficiência máxima de uma célula solar pareceu ter um “teto” bem definido. Agora, investigadores propuseram uma forma de contornar um dos limites mais importantes da energia solar - o limite de Shockley–Queisser - a eficiência teórica máxima de uma célula fotovoltaica, que por mais de 60 anos foi tratada como a fronteira superior do desempenho destes dispositivos.

Na prática, os painéis solares atuais baseiam-se em células fotovoltaicas - semicondutores que convertem luz em eletricidade. Só que, mesmo em condições ideais, conseguem aproveitar apenas uma parte da energia da radiação solar. O máximo teórico ronda os 33%, enquanto os painéis comerciais tipicamente chegam a cerca de 25%.

Esta limitação está ligada à natureza da luz e à termodinâmica. A radiação solar cobre um espectro amplo de energias, mas as células fotovoltaicas convertem de forma eficiente apenas uma faixa relativamente estreita. Fotões com energia insuficiente atravessam o material sem serem absorvidos, e os mais energéticos acabam por dissipar o excesso sob a forma de calor.

Num novo trabalho, investigadores do Japão e da Alemanha sugeriram uma forma de tirar partido da parte do espectro que até aqui era considerada “perdida”. Em particular, trata-se da luz azul, de alta energia, que em condições normais não é convertida em eletricidade de maneira eficiente.

Os cientistas mostraram que, ao expor um composto especial a esse tipo de luz, é possível “dividir” a energia de um único fotão em duas excitações úteis. Com isso, foi alcançada uma eficiência de cerca de 130% - ou seja, por cada 100 fotões absorvidos obtêm-se 130 portadores de energia.

O fenómeno central por trás deste processo é a divisão de singletos. Ele permite que um estado excitado origine dois, aumentando assim o número de portadores de carga sem que seja necessário absorver mais fotões.

Para concretizar o método, foi utilizada a molécula orgânica tetraceno em combinação com o elemento metálico molibdénio. O tetraceno já tinha sido usado para trabalhar com luz de alta energia, mas estes sistemas enfrentavam problemas de estabilidade e de funcionamento prolongado. A adição de molibdénio, segundo os autores, ajudou a ultrapassar essas limitações.

Um dos autores do estudo, o químico Yoichi Sasaki, da Universidade de Kyushu, explicou que existem duas abordagens principais para superar o limite de Shockley–Queisser. A primeira passa por converter fotões infravermelhos, de baixa energia, em fotões mais energéticos. A segunda é recorrer à divisão de singletos para obter duas excitações a partir de um único fotão - precisamente o que foi demonstrado neste trabalho.

Por enquanto, a investigação ainda está numa fase laboratorial. Os resultados obtidos indicam a possibilidade, em termos de princípio, de contornar esse limite fundamental, mas a aplicação prática em painéis solares comerciais ainda está longe.

Ainda assim, trata-se de um dos passos mais marcantes rumo a uma revisão de um limite que durante muito tempo foi considerado intransponível. Se a tecnologia puder ser escalada, poderá mudar a forma de desenhar células fotovoltaicas e aumentar a eficiência da energia solar sem alterar radicalmente a sua arquitetura de base.