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

Novo método de energia solar contorna o limite de Shockley–Queisser

Cientistas propuseram uma forma de contornar uma das principais restrições fundamentais da energia solar - o limite de Shockley–Queisser -, isto é, a eficiência teórica máxima de uma célula solar que, durante mais de 60 anos, foi considerada o teto da eficiência dos fotoelementos.

As atuais placas solares funcionam com base em células fotovoltaicas, semicondutoras que convertem luz em eletricidade. No entanto, mesmo em condições ideais, só conseguem aproveitar uma fração da energia da radiação solar. O máximo teórico é de 33%, enquanto os painéis comerciais atingem, em regra, apenas cerca de 25%.

Esta limitação está ligada à natureza da luz e à termodinâmica. A radiação solar cobre um vasto espectro de energias, mas os fotoelementos só conseguem converter com eficácia uma faixa estreita. Os fotões com energia insuficiente atravessam o material, ao passo que os mais energéticos perdem o excesso sob a forma de calor.

Num novo estudo, investigadores do Japão e da Alemanha propuseram uma forma de aproveitar a parte do espectro que antes era considerada «perdida». Falamos da luz azul de alta energia, que, em condições normais, não consegue ser convertida em eletricidade de forma eficiente.

Os cientistas mostraram que, ao incidir essa luz sobre um composto especial, é possível «dividir» a energia de um único fotão em duas excitações úteis. Com isso, alcançou-se uma eficiência de cerca de 130% - ou seja, por cada 100 fotões absorvidos, obtêm-se 130 portadores de energia.

O fenómeno de divisão singlete tem aqui um papel decisivo. Ele permite que um único estado excitado origine dois, aumentando assim o número de portadores de carga sem elevar o número de fotões absorvidos.

Para aplicar o método, foi utilizada a molécula orgânica tetraceno em combinação com o elemento metálico molibdénio. O tetraceno já tinha sido usado anteriormente para trabalhar com luz de alta energia, mas estes 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, referiu 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 recorre à divisão singlete para obter duas excitações a partir de um fotão, precisamente o que foi demonstrado neste estudo.

A investigação continua, para já, numa fase laboratorial. Os resultados obtidos demonstram a possibilidade, em princípio, de contornar uma 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 repensar um limite que durante muito tempo foi visto como intransponível. Se a tecnologia puder ser escalada, poderá alterar a forma como os fotoelementos são concebidos e aumentar a eficiência da energia solar sem exigir uma mudança radical da sua arquitetura básica.