Descobriu-se uma forma de ultrapassar o limite fundamental de eficiência dos painéis solares.

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

Durante mais de seis décadas, a energia solar viveu com um “tecto” teórico bem conhecido: o limite de Shockley–Queisser, que define a eficiência máxima possível de uma célula solar clássica. Agora, investigadores apresentaram uma forma de contornar esse bloqueio fundamental - uma ideia que pode mudar a forma como pensamos o aproveitamento da luz.

Os painéis solares atuais, incluindo os que vemos cada vez mais em telhados em Portugal, assentam em células fotovoltaicas: semicondutores que convertem luz em eletricidade. Mas, mesmo em condições ideais, só conseguem transformar uma parte da energia solar disponível. O máximo teórico é de 33%, e os painéis comerciais costumam ficar por volta dos 25%.

Esta limitação está ligada à própria natureza da luz e à termodinâmica. A radiação solar chega num espectro amplo de energias, mas os fotoelementos só convertem com grande eficácia uma faixa relativamente estreita. Fotões com energia insuficiente atravessam o material, enquanto os mais energéticos acabam por desperdiçar o excesso sob a forma de calor.

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

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

A peça central do processo é o fenómeno de fissão de singletos. Este mecanismo permite que um único estado excitado dê origem a dois, aumentando o número de portadores de carga sem aumentar o número de fotões absorvidos.

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 sistemas voltados para luz de alta energia, mas essas abordagens enfrentavam problemas de estabilidade e funcionamento prolongado. 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, referiu que existem duas linhas principais para ir além do limite de Shockley–Queisser. A primeira é converter fotões infravermelhos de baixa energia em fotões mais energéticos. A segunda é usar a fissão de singletos para gerar duas excitações a partir de um único fotão - exatamente o que foi implementado neste trabalho.

Por agora, a investigação ainda está numa fase laboratorial. Os resultados mostram que é possível, em princípio, contornar essa restrição fundamental, mas a aplicação prática em painéis solares comerciais ainda está longe.

Ainda assim, trata-se de um dos passos mais marcantes rumo a rever um limite que durante muito tempo foi considerado intransponível. Se a tecnologia conseguir ser escalada, poderá alterar a forma de desenhar fotoelementos e aumentar a eficiência da energia solar sem mudanças radicais na sua arquitetura básica.