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

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

Durante décadas, a conversa sobre energia solar teve sempre o mesmo “teto”: há um limite teórico para aquilo que um painel pode extrair da luz do Sol. Agora, investigadores propõem uma forma de contornar esse travão fundamental - o limite de Shockley–Queisser - a eficiência máxima teórica de uma célula solar que, há mais de 60 anos, era vista como a fronteira superior do desempenho fotovoltaico.

Na prática, os painéis atuais assentam em células fotovoltaicas - semicondutores que convertem luz em eletricidade. Mas, mesmo em condições ideais, apenas uma parte da energia solar é aproveitada. O máximo teórico ronda os 33%, e os painéis comerciais costumam ficar por cerca de 25%.

Esta limitação está ligada à natureza da luz e à termodinâmica. A radiação solar abrange um espectro muito amplo de energias, enquanto as células fotovoltaicas só conseguem converter de forma eficiente uma faixa relativamente estreita. Fotões com energia insuficiente atravessam o material; os mais energéticos acabam por desperdiçar o excesso sob a forma de calor.

Num novo trabalho, investigadores do Japão e da Alemanha sugerem uma forma de recuperar a parte do espectro que antes era tratada como “perdida”. Em causa está a luz azul, de alta energia, que em condições normais não se consegue transformar em eletricidade com grande eficiência.

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

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

Para pôr o método em prática, foi usada a molécula orgânica tetraceno em combinação com o elemento metálico molibdénio. O tetraceno já tinha sido aplicado em abordagens para trabalhar com luz de alta energia, mas estes sistemas esbarravam em problemas de estabilidade e operação prolongada. Segundo os autores, a adição de molibdénio ajudou a ultrapassar essas limitações.

Um dos autores do estudo, o químico Yoichi Sasaki, da Universidade de Kyushu, destacou que existem duas vias principais para exceder o limite de Shockley–Queisser. A primeira passa por converter fotões infravermelhos, de baixa energia, em fotões mais energéticos. A segunda consiste em usar a divisão de singletos para gerar duas excitações a partir de um único fotão - precisamente a estratégia demonstrada neste trabalho.

Por enquanto, a investigação ainda está numa fase laboratorial. Os resultados mostram que é possível, em princípio, contornar este limite fundamental, mas ainda falta muito até uma aplicação prática em painéis solares comerciais.

Ainda assim, trata-se de um dos avanços mais marcantes na tentativa de rever um limite durante muito tempo considerado intransponível. Se a tecnologia conseguir ser escalada, poderá mudar a forma como se desenham células fotovoltaicas e aumentar a eficiência da energia solar sem alterar radicalmente a sua arquitetura de base.