A energia solar tem ganhado cada vez mais espaço e, nesse cenário, as células solares vêm sendo estudadas para aumento de sua eficiência. As células solares tradicionais, baseadas em silício, têm um limite absoluto. Basicamente, um fóton de luz só deve ser capaz de soltar um único elétron, mesmo que esse fóton esteja carregando o dobro da energia necessária para isso. Agora, no entanto, pesquisadores apresentaram uma nova maneira de obter fótons de alta energia, capazes de liberar dois elétrons em vez de um, podendo romper o limite teórico de eficiência de células solares.

Fótons e a liberação de energia:

As células convencionais de energia de silício apresentam uma eficiência máxima teórica de cerca de 29,1% de conversão de energia solar. A nova abordagem, desenvolvida ao longo de vários anos por pesquisadores do MIT e de outras organizações, pode romper realisticamente esse limite.

A chave para obter dois elétrons de um fóton vem de uma classe de materiais que possuem "estados excitados" apropriadamente chamados de éxcitons. Isto foi mencionado em uma press release do MIT por Marc Baldo, membro do grupo de pesquisa e professor de engenharia elétrica e ciência da computação.

Em excitons, “pacotes” de energia se propagam como os elétrons de um circuito, de modo que você pode usá-los para mudar a energia, por exemplo, cortando-os ao meio ou combinando-os.

Pode parecer um pouco abstrato, mas os pesquisadores realizaram um processo chamado fissão de singleto, que permite que os fótons da luz do sol sejam divididos em dois pacotes separados e independentes de energia. Em primeiro lugar, o material absorve um fóton, formando um exciton que rapidamente sofre fissão em dois estados excitados, cada um com metade da energia do estado original.

Melhorando as células solares de silício:

A verdadeira realização, no entanto, foi que os cientistas foram capazes de acoplar essa energia ao silício, um material que não é excitável. Isso foi permitido por uma fina camada intermediária de oxinitreto de háfnio, apenas alguns átomos de espessura, na superfície do silício.

A camada de oxinitreto de háfnio agia como uma ponte para os estados excitados, possibilitando que os fótons de alta energia individuais liberassem dois elétrons na célula de silício.

Isso, em teoria, produz uma saída muito maior da energia recebida da luz solar. Isso constituiria um aumento na potência produzida pela célula solar de um máximo teórico de 29,1%, até um novo máximo de cerca de 35%.

Fontes: Nature.

Kamila Jessie

Doutora em Hidráulica e Saneamento pela Universidade de São Paulo (EESC/USP) e Mestre em Ciências pela mesma instituição; é formada em Engenharia Ambiental e Sanitária pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG) com período sanduíche na University of Ottawa, no Canadá; possui experiência em tratamentos físico-químicos de água e efluentes; atualmente, integra o Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica (CePOF) do Instituto de Física de São Carlos (USP), onde realiza estágio pós-doutoral no Biophotonics Lab.