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

Novo método permite transformar a energia “em excesso” da luz em portadores de carga adicionais, ultrapassando o limite clássico

Os cientistas propuseram uma forma de contornar uma das principais limitações fundamentais da energia solar - o limite de Shockley-Queisser - a eficiência teórica máxima de uma célula solar, considerada durante mais de 60 anos como o teto de desempenho dos dispositivos fotovoltaicos.

Os painéis solares atuais funcionam com base em células fotovoltaicas - semicondutores que convertem a luz em eletricidade. No entanto, mesmo em condições ideais, conseguem aproveitar apenas uma parte da energia da radiação solar. O máximo teórico é de 33%, enquanto os painéis comerciais atingem normalmente cerca de 25%.

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

Num novo estudo, investigadores do Japão e da Alemanha apresentaram uma forma de aproveitar a parte do espectro que até agora era considerada “desperdiçada”. Trata-se da luz azul de alta energia, que em condições normais não é convertida em eletricidade de forma eficiente.

Os cientistas demonstraram que, ao fazer incidir essa luz sobre um composto especial, é possível “dividir” a energia de um fotão em duas excitações úteis. Como resultado, foi alcançada uma eficiência de cerca de 130% - ou seja, por cada 100 fotões absorvidos obtêm-se 130 portadores de energia.

O fenómeno de fissão singlete desempenha um papel central neste processo. Este mecanismo permite que um estado excitado dê origem a dois, aumentando assim o número de portadores de carga sem aumentar o número de fotões absorvidos.

Para concretizar o método, foi utilizada a molécula orgânica tetraceno em combinação com o elemento metálico molibdénio. O tetraceno já tinha sido usado anteriormente no trabalho com luz de alta energia, mas esses sistemas enfrentavam problemas de estabilidade e de funcionamento prolongado. Segundo os autores, a adição de molibdénio permitiu ultrapassar essas limitações.

Um dos autores do estudo, o químico Yoichi Sasaki, da Universidade de Kyushu, salientou que existem duas abordagens principais para superar o limite de Shockley-Queisser. A primeira consiste em converter fotões infravermelhos de baixa energia em fotões mais energéticos. A segunda passa pelo uso da fissão singlete para gerar duas excitações a partir de um único fotão, precisamente a estratégia aplicada neste trabalho.

A investigação encontra-se ainda numa fase laboratorial. Os resultados obtidos mostram a possibilidade de contornar, em princípio, esta limitação fundamental, mas a sua aplicação prática em painéis solares comerciais continua ainda distante.

Ainda assim, este é um dos avanços mais relevantes na revisão de um limite que durante muito tempo foi visto como inultrapassável. Se a tecnologia conseguir ser escalada, poderá alterar a forma como as células fotovoltaicas são concebidas e aumentar a eficiência da energia solar sem exigir uma mudança radical da sua arquitetura de base.