Foi descoberta uma forma de superar o limite fundamental de eficiência das placas solares.

Novo método usa luz azul para converter energia extra em mais portadores de carga e superar o limite de Shockley-Queisser

Cientistas propuseram uma maneira de contornar uma das principais barreiras fundamentais da energia solar - o limite de Shockley-Queisser -, que define a eficiência teórica máxima de uma célula solar e foi considerado, por mais de 60 anos, o teto de desempenho dos fotoelementos.

As placas solares modernas funcionam com base em células fotovoltaicas, semicondutores que transformam luz em eletricidade. Ainda assim, mesmo em condições ideais, elas conseguem aproveitar apenas uma parte da energia da radiação solar. O máximo teórico é de 33%, enquanto as placas comerciais normalmente chegam a cerca de 25%.

Essa limitação está ligada à natureza da luz e à termodinâmica. A radiação solar reúne um amplo espectro de energias, mas os fotoelementos só conseguem converter de forma eficiente uma faixa estreita. Fótons com energia insuficiente atravessam o material, enquanto os mais energéticos desperdiçam seu excedente na forma de calor.

Na nova pesquisa, cientistas do Japão e da Alemanha apresentaram um método para aproveitar a parte do espectro que antes era considerada “perdida”. O foco é a luz azul de alta energia, que, em condições comuns, não consegue ser convertida em eletricidade com boa eficiência.

Os pesquisadores demonstraram que, ao incidir esse tipo de luz sobre um composto específico, é possível “dividir” a energia de um único fóton em duas excitações úteis. Com isso, eles alcançaram uma eficiência de cerca de 130% - ou seja, para cada 100 fótons absorvidos, surgem 130 portadores de energia.

O papel central desse processo é o fenômeno de divisão singlete. Ele permite que um único estado excitado gere dois, aumentando assim o número de portadores de carga sem ampliar a quantidade de fótons absorvidos.

Para colocar a ideia em prática, foi usada a molécula orgânica tetraceno em combinação com o elemento metálico molibdênio. O tetraceno já havia sido empregado em sistemas voltados à captação de luz de alta energia, mas essas configurações enfrentavam dificuldades de estabilidade e de funcionamento prolongado. Segundo os autores, a adição de molibdênio ajudou a contornar essas limitações.

Um dos autores do estudo, o químico Yoichi Sasaki, da Universidade de Kyushu, observou que existem duas abordagens principais para ultrapassar o limite de Shockley-Queisser. A primeira consiste em converter fótons infravermelhos de baixa energia em fótons mais energéticos. A segunda é usar a divisão singlete para obter duas excitações a partir de um único fóton, exatamente o que foi realizado neste trabalho.

Por enquanto, a pesquisa ainda está em fase de laboratório. Os resultados obtidos mostram que é possível, em princípio, contornar uma restrição fundamental, mas a aplicação prática em painéis solares comerciais ainda está distante.

Mesmo assim, trata-se de um dos avanços mais relevantes rumo à revisão de um limite que durante muito tempo foi visto como intransponível. Se a tecnologia puder ser ampliada, ela poderá mudar o modo de projetar fotoelementos e elevar a eficiência da energia solar sem exigir uma alteração radical em sua arquitetura básica.