Os cientistas descobriram um novo método para aumentar drasticamente a produção de energia por células solares de silício.
As células solares tradicionais baseadas em silício têm um limite absoluto para a eficiência geral – em princípio, um único 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.
No entanto, os pesquisadores apresentaram uma nova maneira de obter fótons de alta energia atingindo o silício para derrubar dois elétrons em vez de um.
Estas descobertas, publicadas na revista Nature, definiram o caminho para uma nova forma de energia solar substancialmente mais eficiente.
Dividindo a energia de um fóton
As células convencionais de energia de silício têm uma eficiência máxima teórica absoluta de cerca de 29,1% de conversão de energia solar.
A nova abordagem, que foi desenvolvida ao longo de vários anos por pesquisadores do MIT (Massachusetts Institute of Technology) e de outras organizações, pode romper esse limite.
A chave para obter dois elétrons de um fóton vem de uma classe de materiais que possuem “estados excitados” apropriadamente chamados de “excíton“, disse Marc Baldo, professor de engenharia elétrica e ciência da computação, em um comunicado de imprensa.
Em excíton, “esses pacotes de energia se propagam como os elétrons de um circuito. Você pode usá-los para mudar a energia – você pode cortá-los ao meio, pode combiná-los”.
Os pesquisadores realizaram um processo chamado “exciton singlet fission”, que permite que os fótons na luz do sol sejam divididos em dois, movendo os pacotes de energia independentemente.
Em primeiro lugar, o material absorve um fóton, formando um excíton que rapidamente sofre fissão em dois estados excitados, cada um com metade da energia do estado original.
A verdadeira realização, no entanto, foi que os cientistas foram capazes de acoplar essa energia ao silício, um material que não é excitante. 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 legal” para os estados excitados, diz Baldo, possibilitando que os fótons de alta energia liberassem dois elétrons na célula de silício.
Otimizando as células de silício
Isso, em teoria, produz uma saída muito maior da energia recebida da luz solar. Tal fato constituiria um aumento na potência produzida pela célula solar de um máximo teórico de 29,1%, até um novo máximo de cerca de 35%.
No entanto, um próximo passo é deixado para os pesquisadores: “Ainda precisamos otimizar as células de silício para este processo”, diz Baldo.
O trabalho precisa ser feito para estabilizar as baterias quanto à durabilidade e otimizá-las para o novo método, então as aplicações comerciais provavelmente ainda demorem alguns anos.
Apesar disso, seu trabalho está mostrando uma grande promessa na melhoria da produção de energia solar para o futuro.
Os resultados foram divulgados recentemente na revista Nature, em um artigo do estudante Markus Einzinger, professor de química Moungi Bawendi, professor de engenharia elétrica e ciência da computação Marc Baldo, e outros oito no MIT e na Universidade de Princeton.
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