Uma nova luz no caminho para o “net zero”

Os cientistas estão mais perto de dar à próxima geração de células solares um poderoso impulso, ao integrarem um processo que poderá tornar a tecnologia mais eficiente, quebrando as partículas de luz – fotões – em pequenos pedaços.

Num estudo publicado na revista Nature Chemistry (abre numa nova janela), os investigadores desvendam a compreensão científica do que acontece quando as partículas de luz se dividem – um processo designado por cisão de singletos – e o seu funcionamento subjacente.

O investigador principal, Professor Tim Schmidt, da Escola de Química da UNSW Sydney, estuda a cisão de singletos há mais de uma década. Segundo ele, o processo pode ser invocado e aplicado para melhorar as atuais tecnologias de células solares de silício.

“As células solares atuais funcionam através da absorção de fotões que são depois sugados para os elétrodos para realizar o trabalho”, afirma o professor.

“Mas, como parte deste processo, uma grande parte da luz perde-se sob a forma de calor. É por isso que os painéis solares não funcionam com a eficiência total”, acrescenta.

Quase todos os painéis solares fotovoltaicos atualmente existentes no mercado são feitos de silício. O coautor, Professor Ned Ekins-Daukes, da Escola de Engenharia Fotovoltaica e de Energias Renováveis da UNSW, afirma que, embora a tecnologia seja agora barata, está também a aproximar-se dos seus limites fundamentais em termos de desempenho.

“A eficiência de um painel solar representa a fração de energia fornecida pelo sol que pode ser convertida em eletricidade”, explica.

“A eficiência mais elevada foi estabelecida no início deste ano pelo nosso colaborador industrial, LONGi, abre numa nova janela. Eles demonstraram uma célula solar de silício com uma eficiência de 27,3 por cento”, acrescenta, sublinhando que “o limite absoluto é de 29,4 por cento”.

Schmidt diz que os cientistas ainda estão a tentar compreender como funciona o processo molecular de fissão do elemento. Especificamente, como é que um se transforma em dois? Segundo ele, o processo é complexo e pormenorizado.

“O nosso estudo aborda o percurso deste processo. E usámos campos magnéticos para o interrogar”, aponta.

“Os campos magnéticos manipulam os comprimentos de onda da luz emitida para revelar a forma como ocorre a cisão de um singleto”, sublinha.

“E isso nunca tinha sido feito antes”, revela.

As diferentes cores de luz têm fotões com energias diferentes. Schmidt diz que não importa qual é a energia de entrada da luz – esta fornecerá sempre a mesma energia à célula, e qualquer excesso de energia é transformado em calor.

“Por isso, se absorvermos um fotão vermelho, há um pouco de calor”, diz o professor, acrescentando que “com os fotões azuis, há muito calor” e que “há um limite para a eficiência das células solares”.

Schmidt diz que era necessária uma mudança de paradigma para permitir que as células de silício atingissem um maior potencial.

“A introdução da cisão singleto num painel solar de silício aumentará a sua eficiência”, afirma.

“Isto permite que uma camada molecular forneça corrente adicional ao painel”, acrescenta.

O processo divide o fotão em dois pedaços de energia mais pequenos. Estes podem então ser utilizados individualmente. Isto assegura que a maior parte da energia mais elevada do espetro está a ser utilizada e não se perde como calor.

No ano passado, a Agência Australiana para as Energias Renováveis (ARENA) selecionou o projeto de cisão simples da UNSW para o seu programa Solar de Custo Ultra Baixo. O programa tem por objetivo desenvolver tecnologias capazes de atingir uma eficiência superior a 30% a um custo inferior a 30 cêntimos por watt até 2030.

A equipa utilizou um laser de comprimento de onda único para excitar o material de cisão singleto. Em seguida, utilizaram um eletroíman para aplicar campos magnéticos – o que reduziu a velocidade do processo de cisão do singleto, tornando-o mais fácil de observar.

“A partir desta sólida compreensão científica da cisão de singletos, podemos agora fazer um protótipo de uma célula solar de silício melhorada e depois trabalhar com os nossos parceiros industriais para comercializar a tecnologia”, afirma o professor.

Ekins-Daukes. “Estamos confiantes de que podemos conseguir que as células solares de silício tenham uma eficiência superior a 30%”, conclui.