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Os cientistas estão um passo mais perto de dar um impulso à próxima geração de células solares, incorporando um processo que poderia tornar a tecnologia mais eficiente ao quebrar partículas de luz – fótons – em pequenos pedaços.
Num estudo publicado na revista Nature Chemistry (abre numa nova janela), os investigadores revelam a compreensão científica do que acontece quando as moléculas de luz se dividem – um processo chamado divisão singlete – e o seu funcionamento básico.
O pesquisador principal, Professor Tim Schmidt, da Escola de Química da Universidade de Nova Gales do Sul, em Sydney, estuda o processo de corte de camisas há mais de uma década. Segundo ele, esse processo pode ser invocado e aplicado para aprimorar as atuais tecnologias de células solares de silício.
“As células solares atuais funcionam absorvendo fótons que são então absorvidos pelos eletrodos para realizar o trabalho”, diz o professor.
“Mas como parte deste processo, uma grande parte da luz é perdida na forma de calor. É por isso que os painéis solares não funcionam com eficiência total”, acrescenta.
Quase todos os painéis solares fotovoltaicos atualmente no mercado são feitos de silício. O co-autor, Professor Ned Ekins Doakes, da Escola de Engenharia Fotovoltaica e Energia Renovável da UNSW, diz que embora a tecnologia seja barata agora, ela também está se aproximando de seus limites fundamentais em termos de desempenho.
“A eficiência dos painéis solares é a fração da energia fornecida pelo sol que pode ser convertida em eletricidade”, explica.
“A maior eficiência foi criada no início deste ano pelo nosso colaborador industrial, LONGi, que demonstrou uma célula solar de silício com uma eficiência de 27,3 por cento”, disse ele, sublinhando que “o limite absoluto é de 29,4 por cento”.
Schmidt diz que os cientistas ainda estão tentando entender como funciona o processo de fissão molecular do elemento. Especificamente, como um se transforma em dois? Segundo ele, o processo é complexo e detalhado.
“Nosso estudo aborda o curso desse processo. Usamos campos magnéticos para interrogá-lo”, observou ele.
“Os campos magnéticos manipulam os comprimentos de onda da luz emitida para revelar como a camisa se divide”, destaca.
“Isso nunca aconteceu antes”, revela.
Diferentes cores de luz contêm fótons de diferentes energias. Não importa qual seja a energia de entrada da luz, diz Schmidt, ela sempre fornecerá a mesma energia para a célula, e qualquer excesso de energia se transforma em calor.
“Portanto, se absorvermos um fotão vermelho, há pouco calor”, diz o professor, acrescentando que “com fotões azuis, há muito calor” e que “há um limite para a eficiência das células solares”.
Schmidt diz que é necessária uma mudança de paradigma para permitir que as células de silício alcancem um potencial maior.
“A introdução da fissão única em painéis solares de silício aumentará sua eficiência”, diz ele.
“Isso permite que a camada molecular forneça corrente adicional à placa”, acrescenta.
O processo divide o fóton em duas partes menores de energia. Eles podem então ser usados individualmente. Isso garante que a maior parte da energia superior do espectro seja usada e não seja perdida na forma de calor.
No ano passado, a Agência Australiana de Energia Renovável (ARENA) selecionou o projeto de demonstração da Universidade de Nova Gales do Sul para o seu programa solar de custo ultrabaixo. O programa visa desenvolver tecnologias capazes de atingir uma eficiência superior a 30% a um custo inferior a 30 cêntimos por watt até 2030.
A equipe usou um laser de comprimento de onda único para excitar o único material físsil. Eles então usaram um eletroímã para aplicar campos magnéticos, o que reduziu a velocidade do processo de divisão da camisa, facilitando o monitoramento.
“A partir deste sólido conhecimento científico da fissão singlete, podemos agora criar um protótipo de uma célula solar de silício melhorada e depois trabalhar com os nossos parceiros industriais para comercializar a tecnologia”, afirma o professor.
Documentos Ekins. “Estamos confiantes de que podemos produzir células solares de silício com eficiência superior a 30%”, conclui.
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