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

Um 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, que durante mais de 60 anos foi vista como o teto de desempenho dos dispositivos fotovoltaicos.

Os painéis solares actuais funcionam com base em células fotovoltaicas - semicondutores que convertem a luz em electricidade. 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 própria natureza da luz e à termodinâmica. A radiação solar cobre 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 dissipam 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 “perdida”. Em causa está a luz azul de alta energia, que em condições normais não é convertida em electricidade de forma eficiente.

Os cientistas demonstraram que, ao fazer incidir esse tipo de 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 central neste processo é a fissão singlete. 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 em aplicações 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 trabalho, o químico Yoichi Sasaki, da Universidade de Kyushu, explicou 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 por usar a fissão singlete para gerar duas excitações a partir de um único fotão, solução que foi precisamente aplicada neste estudo.

A investigação encontra-se ainda numa fase laboratorial. Os resultados obtidos mostram que é, em princípio, possível contornar esta limitação fundamental, embora a sua aplicação prática em painéis solares comerciais continue ainda distante.

Ainda assim, trata-se de um dos avanços mais relevantes no sentido de rever um limite que durante muito tempo foi considerado inultrapassável. Se a tecnologia vier a 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 arquitectura de base.