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

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

Durante décadas, a conversa sobre eficiência em energia solar teve um “teto” praticamente intocável: o limite de Shockley–Queisser. Esse valor define a eficiência teórica máxima de uma célula solar - uma fronteira fundamental que, há mais de 60 anos, é tratada como a referência superior para o desempenho dos fotoelementos.

Na prática, os painéis solares atuais baseiam-se em células fotovoltaicas - semicondutores que transformam luz em eletricidade. Mas, mesmo em condições ideais (como num dia claro, típico de grande parte de Portugal), só conseguem aproveitar uma fração da energia solar. O máximo teórico é de 33%, enquanto os painéis comerciais costumam ficar por volta dos 25%.

Esta limitação está ligada à própria natureza da luz e à termodinâmica. A radiação solar cobre um espectro amplo de energias, mas as células fotovoltaicas convertem de forma eficiente apenas uma faixa relativamente estreita. Fotões com energia insuficiente atravessam o material, e os mais energéticos acabam por dissipar o “excesso” sob a forma de calor.

Num novo trabalho, investigadores do Japão e da Alemanha propuseram uma forma de recuperar uma parte do espectro que antes era considerada “perdida”. O foco está na luz azul de alta energia, que em condições normais não se converte em eletricidade de modo particularmente eficiente.

Os cientistas demonstraram que, ao expor um composto específico a esse tipo de luz, é possível “dividir” a energia de um fotão em duas excitações úteis. Assim, foi alcançada uma eficiência na ordem dos 130% - isto é, por cada 100 fotões absorvidos, obtêm-se 130 portadores de energia.

A peça central deste mecanismo é o fenómeno conhecido como divisão de singletos (singlet fission). Ele 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 explorado anteriormente para trabalhar com luz de alta energia, mas estes sistemas esbarravam em problemas de estabilidade e de funcionamento prolongado. A adição de molibdénio, segundo os autores, ajudou a ultrapassar essas limitações.

Um dos autores do estudo, o químico Ёити Сасаки (Yoichi Sasaki), da Universidade de Kyushu, referiu que existem duas vias 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 a divisão de singletos para obter duas excitações a partir de um fotão - precisamente o que foi realizado neste trabalho.

Por agora, a investigação continua numa fase laboratorial. Os resultados obtidos mostram que é possível, em princípio, contornar a limitação fundamental, mas ainda falta muito até uma aplicação prática em painéis solares comerciais.

Ainda assim, trata-se de um dos passos mais relevantes para reavaliar um limite que durante muito tempo foi visto como intransponível. Se a tecnologia for escalada, poderá alterar a forma como se desenham fotoelementos e elevar a eficiência da energia solar sem uma mudança radical na arquitetura de base.