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

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

Durante décadas, a eficiência dos painéis solares pareceu ter um “teto” que nem os melhores materiais conseguiam furar. Esse teto é o limite de Shockley–Queisser - a eficiência teórica máxima de uma célula solar - e, há mais de 60 anos, tem sido tratado como a fronteira superior do que a tecnologia fotovoltaica pode entregar.

Na prática, os painéis atuais baseiam-se em células fotovoltaicas, isto é, semicondutores que transformam luz em eletricidade. Mesmo em condições ideais, porém, só conseguem aproveitar uma fração da energia do Sol: o máximo teórico é de 33%, enquanto os painéis comerciais costumam ficar por volta dos 25%.

A razão está na própria natureza da luz e nas limitações termodinâmicas. A radiação solar abrange um espectro muito amplo de energias, mas os fotoelementos convertem de forma eficiente apenas uma faixa relativamente estreita. Fotões com energia insuficiente atravessam o material sem efeito, 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 aproveitar uma parte do espectro que antes era vista como “perdida”. O foco está na luz azul, de alta energia, que em condições normais não se converte em eletricidade de maneira eficiente.

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

O elemento central do processo é o fenómeno do desdobramento singleto (singlet fission). Ele permite que um estado excitado gere dois, aumentando o número de portadores de carga sem ser 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 explorado para lidar com luz de alta energia, mas estes sistemas enfrentavam dificuldades de estabilidade e de operação prolongada. Segundo os autores, a introdução do molibdénio ajudou a ultrapassar essas limitações.

Um dos autores do estudo, o químico Yoichi Sasaki, da Universidade de Kyushu, observou que existem duas estratégias principais para superar o limite de Shockley–Queisser. A primeira é converter fotões infravermelhos de baixa energia em fotões mais energéticos. A segunda é usar o desdobramento singleto para obter duas excitações a partir de um único fotão - exatamente o que foi feito neste trabalho.

Por enquanto, o estudo continua numa fase de laboratório. Os resultados comprovam que, em princípio, é possível contornar essa limitação fundamental, mas ainda falta muito até chegar a aplicações práticas em painéis solares comerciais.

Ainda assim, trata-se de um dos avanços mais expressivos rumo a rever um limite que durante muito tempo foi considerado intransponível. Se a tecnologia conseguir ser escalada, poderá alterar a forma como os fotoelementos são concebidos e aumentar a eficiência da energia solar sem uma mudança radical da sua arquitetura de base.