Mesmo na ficção científica, a eficiência de uma fonte de energia não pode ultrapassar 100% — essa é a física do nosso universo. Sempre haverá perdas. O objetivo dos cientistas é reduzir essas perdas, o que se torna cada vez mais difícil à medida que se aproximam do limite teórico. Para uma célula solar clássica de junção p-n, o limite é de 33% de eficiência. Mas a física da luz solar é mais complexa. E cientistas do Japão encontrou uma oportunidade vão muito além dessa teoria.
A ideia foi desenvolvida por pesquisadores da Universidade de Kyushu em colaboração com a Universidade Johannes Gutenberg, na Alemanha. Em uma célula solar clássica, um fóton absorvido cria um éxciton (um elétron e uma lacuna) no semicondutor. Um fóton é um quantum de luz (a menor unidade possível de energia da radiação eletromagnética de um determinado comprimento de onda). Ele não pode criar mais de um elétron. Essa energia é absorvida pelo elétron e o coloca em um estado excitado, fazendo com que ele se propague pelo material como uma corrente elétrica.
Os elétrons reagem apenas à luz (fótons) de um comprimento de onda específico. Eles não absorvem quanta de energia nas faixas inferiores e superiores da radiação. Tais materiais simplesmente não existem na natureza, ou os cientistas ainda não aprenderam a criá-los. Ao mesmo tempo, esses fótons "transcendentes" atingem um painel solar, mas não criam um fluxo de elétrons dentro dele; eles são simplesmente dissipados como calor. Essa é a reserva que os cientistas conseguiram explorar para a geração de eletricidade. Especificamente, eles conseguiram utilizar de forma eficaz fótons de alta energia da parte azul do espectro.
O mecanismo de funcionamento da tecnologia baseia-se em dois processos principais. Fótons de alta energia (azuis) no material sofrem divisão de singleto: um éxciton é dividido em dois com energia mais baixa, e cada um desses dois éxcitons é capturado por um "complexo de molibdênio" integrado à célula solar em combinação com um material específico. Assim, em vez de um elétron, o fóton "azul" excita dois elétrons no material para gerar corrente. A combinação de materiais também suprime o chamado Transferência de energia Förster, o que, em condições normais, bloquearia a excitação de um certo número de elétrons e reduziria a eficiência.
Os experimentos mostraram resultados impressionantes, nomeadamente um rendimento quântico de aproximadamente 130% (1,3 excítons por fóton). Os pesquisadores estimam que essa tecnologia poderia aumentar a eficiência teórica das células solares de junção única para 35–45%, o que é significativamente maior. Limite de Shockley-Queisser (33%) para painéis de silício tradicionais e desempenho real para módulos comerciais (20–25%). Essa conquista ainda é uma prova de conceito e foi implementada em uma solução molecular, mas estabelece as bases para um avanço na produção de energia solar.
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Fonte: 3dnews.ru
