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

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

Durante mais de seis décadas, o chamado limite de Shockley–Queisser foi tratado como um “teto” praticamente intransponível para a eficiência dos painéis solares. Agora, investigadores apresentam uma forma de contornar esse limite fundamental, explorando energia luminosa que, até aqui, era considerada inevitavelmente perdida.

Os painéis solares atuais baseiam-se em células fotovoltaicas - semicondutores que convertem luz em eletricidade. Mesmo em condições ideais, porém, só conseguem aproveitar uma fração da energia do Sol: o máximo teórico é de 33%, e os painéis comerciais ficam, em geral, por volta dos 25%.

Esta limitação nasce da própria natureza da luz e das regras da termodinâmica. A radiação solar cobre um espectro amplo de energias, mas as células fotovoltaicas só convertem com grande eficiência uma faixa relativamente estreita. Fotões com energia insuficiente atravessam o material sem gerar eletricidade, enquanto os mais energéticos acabam por dissipar o excesso sob a forma de calor.

No novo trabalho, uma equipa de investigadores do Japão e da Alemanha propôs uma maneira de tirar partido de uma parte do espectro que antes era vista como “desperdiçada”. O foco está na luz azul, de alta energia, que em sistemas convencionais não é convertida de forma eficiente em eletricidade.

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

O mecanismo central por trás do processo é o fenómeno conhecido como fissão de singlete. Ele permite que um estado excitado origine dois estados excitados, aumentando o número de portadores de carga sem que seja necessário absorver mais fotões.

Para pôr o método em prática, foi usada uma molécula orgânica, o tetraceno, em conjunto com o elemento metálico molibdénio. O tetraceno já tinha sido aplicado anteriormente para lidar com luz de alta energia, mas esses sistemas enfrentavam problemas de estabilidade e de 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, salientou que existem duas abordagens principais para superar o limite de Shockley–Queisser. A primeira passa por converter fotões infravermelhos de baixa energia em fotões mais energéticos. A segunda consiste em usar a fissão de singlete para obter duas excitações a partir de um único fotão - exatamente a estratégia aplicada neste trabalho.

Por enquanto, a investigação permanece em fase laboratorial. Os resultados mostram que é possível, em princípio, contornar uma barreira considerada fundamental, mas ainda falta muito para que isto se traduza em aplicação prática em painéis solares comerciais.

Ainda assim, trata-se de um dos avanços mais visíveis no sentido de reavaliar um limite que durante muito tempo foi dado como definitivo. Se a tecnologia conseguir ser escalada, poderá influenciar o desenho de novos fotoelementos e aumentar a eficiência da energia solar sem alterar radicalmente a sua arquitetura de base.