Nova tecnologia solar promete duplicar a energia dos painéis convencionais

Investigadores da UNSW Sydney estão a trabalhar numa nova geração de tecnologia solar que promete fazer a luz solar render mais — transformando uma única partícula de luz em dois pacotes de energia.

Num estudo recente, a equipa da UNSW, conhecida como Omega Silicon, demonstrou como este processo, chamado “fissão de singlete”, funciona num material orgânico que poderá vir a ser produzido em larga escala para painéis solares. A técnica permite duplicar a energia elétrica gerada, transformando fotões de alta energia em dois excitões de menor energia, em vez de apenas um.

“A maior parte da energia da luz num painel solar é desperdiçada sob a forma de calor — que também é energia, mas não aproveitada”, explica o investigador pós-doutorado Ben Carwithen, da Escola de Química da UNSW. “Estamos a encontrar formas de transformar essa energia desperdiçada em eletricidade adicional”, acrescenta.

Uma partícula… que se transforma em duas

Os painéis solares atuais são, na sua maioria, feitos de silício, uma tecnologia confiável e económica. No entanto, a eficiência do silício tem limites: os melhores painéis comerciais convertem cerca de 27% da luz solar em eletricidade, com um teto teórico de aproximadamente 29,4%.

A “fissão de singlete” permite ultrapassar essa barreira. Quando a luz solar incide sobre certos materiais orgânicos, um fotão de alta energia pode gerar dois excitões de energia utilizável. “Ao introduzir a ‘fissão de singlete’ num painel de silício, conseguimos aumentar a sua eficiência”, acrescenta o professor Ned Ekins-Daukes, líder do projeto e diretor da Escola de Engenharia Fotovoltaica e Energias Renováveis da UNSW.

Até agora, o desafio era encontrar o material certo. Estudos anteriores utilizaram tetraceno, que funcionava bem em laboratório mas degradava rapidamente em contacto com ar e humidade. A equipa da UNSW demonstrou que o composto DPND (dipirrolonaphtiridinediona) cumpre a mesma função mantendo-se estável em condições exteriores reais.

“Mostrámos que é possível integrar este material estável com silício, permitir a ‘fissão de singlete’ e injetar carga elétrica adicional no painel”, explica. “É um primeiro passo, mas prova que isto pode funcionar num sistema realista”, adianta.

Decifrar o código da luz

A ideia central da tecnologia é simples: aproveitar ao máximo a energia do Sol. Esta descoberta baseia-se em mais de uma década de investigação fundamental liderada pelo professor Tim Schmidt, da Escola de Química da UNSW. A sua equipa foi a primeira no mundo a utilizar campos magnéticos para revelar uma parte essencial do processo de “fissão de singlete”.

“Estudámos o caminho do processo, manipulando a luz emitida com campos magnéticos para compreender como ocorre a ‘fissão de singlete’. Nunca ninguém o tinha feito antes”, afirma o professor Schmidt. Com base neste conhecimento, foi possível projetar materiais e estruturas em camadas mais eficientes.

“A luz azul transporta mais energia, mas a maior parte perde-se como calor num painel solar normal. Com a ‘fissão de singlete’, essa energia excedente pode ser convertida em eletricidade utilizável”, explica.

O coautor, associado da UNSW, professor Murad Tayebjee, considera que este trabalho representa “um grande avanço” na tecnologia dos painéis solares. A molécula orgânica usada baseia-se em pigmentos industriais estáveis, como os utilizados em tintas automóveis, que não se degradam com o tempo.

O painel solar do futuro

A tecnologia funciona adicionando uma camada orgânica ultra-fina sobre um painel de silício convencional. “Em princípio, é como pintar uma camada extra por cima da arquitetura existente”, refere Carwithen. “É preciso descobrir como aplicá-la na prática, mas não há razões para não ser possível.”

O limite teórico de eficiência para painéis que utilizem fissão de singlete ronda os 45%, um avanço significativo face à tecnologia atual. “Chegar a 30% já seria fantástico, mas há um teto ainda mais elevado que esperamos alcançar”, afirma.

Do laboratório à luz solar

Este projeto integra um esforço nacional mais amplo para tornar a energia solar mais barata e eficiente. A Australian Renewable Energy Agency (ARENA) selecionou o projeto de “fissão de singlete” da UNSW em 2023 para o programa Ultra Low Cost Solar, que pretende produzir painéis com eficiência superior a 30% a menos de 30 cêntimos por watt até 2030.

Sete das maiores empresas solares do mundo acompanham já de perto a equipa Omega Silicon. “Temos parceiros da indústria prontos para ajudar na comercialização assim que mostrarmos que funciona em laboratório”, afirma Carwithen. Um conceito piloto à escala reduzida poderá estar pronto dentro de alguns anos, embora o investigador ressalve que a ciência nem sempre segue uma linha reta: “Pode surgir um grande avanço na próxima semana, mas uma previsão mais realista é de cinco anos”, conclui.