Avanços na Eficiência das Células Solares
Cientistas sempre buscam ultrapassar os limites da eficiência das células solares – ou seja, a quantidade de luz solar convertida em eletricidade. Além disso, uma nova abordagem tecnológica alcançou um impressionante rendimento quântico de 130%.
Entendendo o Rendimento Quântico Acima de 100%
É importante destacar que esse rendimento ocorre em nível quântico, portanto, uma célula solar não converte a luz solar em eletricidade a uma taxa de 130%. Entretanto, o avanço representa uma melhoria significativa na frequência com que determinado evento ocorre para cada fóton absorvido pelo sistema.
Solução: Fissão Singulete para Quebrar o Limite
Para superar a barreira de 100%, a nova técnica divide a energia de um único fóton de luz em dois, que depois energizam dois estados excitados (chamados de excítons) no material receptor. Por exemplo, a combinação de tetraceno com molibdênio (Mo) acompanhada da fissão singulete torna isso possível (Sifuentes-Samanamud et al., J. Am. Chem. Soc., 2026).
Esse processo, conhecido como fissão singulete, evita que a energia em excesso seja perdida na forma de calor. Essa perda limita, portanto, a eficiência típica das células solares a cerca de 33%, um problema chamado de limite Shockley-Queisser.
Estratégias para Ultrapassar Limites Tradicionais
“Temos duas estratégias principais para superar esse limite”, explica o químico Yoichi Sasaki, da Universidade de Kyushu, Japão. “A primeira é converter fótons infravermelhos de baixa energia em fótons visíveis de alta energia. A segunda, explorada neste estudo, usa a fissão singulete para gerar dois excítons a partir de um único fóton.”
Funcionamento dos Materiais Utilizados
O tetraceno foi o material orgânico escolhido para atuar como elemento de divisão dos excítons, pois suas propriedades favorecem a separação de um pacote de alta energia em dois de menor energia por meio da excitação eletrônica. Entretanto, essa técnica já existia e o desafio residia em dar tempo suficiente para que a fissão singulete ocorresse antes que a energia se dispersasse.
Aqui entra o papel do molibdênio, elemento metálico selecionado por suas características específicas. Ao combiná-lo com o tetraceno, a equipe conseguiu capturar os excítons divididos no composto de molibdênio.
Mecanismos Quânticos para Captura de Energia
Em nível quântico, o molibdênio age como um emissor de inversão de spin. Primeiramente, ele fixa a energia e depois usa a inversão quântica do spin para transformar estados invisíveis em luz, o que resultou no avanço: 1,3 complexos metálicos à base de molibdênio excitados por fóton absorvido.
Sasaki ressalta: “A energia pode ser facilmente ‘roubada’ por um mecanismo chamado transferência de energia por ressonância Förster (FRET) antes que ocorra a multiplicação. Portanto, precisávamos de um receptor de energia que capturasse seletivamente os excítons tripletos multiplicados após a fissão.”
Desafios e Próximos Passos
É importante destacar que esses testes estão em estágio inicial, realizados em laboratório. O próximo desafio é converter a solução líquida usada em forma sólida, que possa ser aplicada com eficácia e confiabilidade em painéis solares – o que, segundo os pesquisadores, será bastante complexo.
Além disso, existe a questão da retenção da energia nos complexos de molibdênio tempo suficiente para seu aproveitamento, bem como da captura dessa energia em primeira instância. Esse “processo de decaimento” também foi abordado no estudo.
Impactos Futuramente Relevantes
Apesar dos desafios práticos futuros, a pesquisa abre caminho para painéis solares que ultrapassem os limites atuais de eficiência. Além disso, existem diversas maneiras de ajustar e experimentar essa prova de conceito em trabalhos futuros.
Com a energia solar sendo crucial para reduzir nossa dependência de combustíveis fósseis e, portanto, desacelerar as mudanças climáticas, conseguir sistemas mais eficientes é uma ótima notícia.
Para saber mais sobre outras inovações na área da energia e saúde, veja também nossos artigos sobre terapia celular contra o câncer e como a doença renal impacta o coração.
Matéria original: https://www.sciencealert.com/new-breakthrough-in-solar-cell-efficiency-hits-130-quantum-yield
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