Nova luz no caminho para o zero líquido

Em um estudo publicado hoje em Química da Naturezapesquisadores desvendam a compreensão científica do que acontece quando partículas de luz se dividem — um processo chamado fissão singlete — e seu funcionamento subjacente.

O pesquisador-chefe Professor Tim Schmidt da Escola de Química da UNSW Sydney estudou a fissão singlete por mais de uma década. Ele diz que o processo poderia ser invocado e aplicado para melhorar as tecnologias existentes de células solares de silício.

“As células solares atuais funcionam absorvendo fótons que são então sugados para os eletrodos para fazer o trabalho”, diz o Prof. Schmidt.

“Mas como parte desse processo, muita dessa luz é perdida como calor. É por isso que os painéis solares não funcionam com eficiência total.”

Quase todos os painéis solares fotovoltaicos no mercado hoje são feitos de silício. O coautor Professor Ned Ekins-Daukes da Escola de Fotovoltaica e Engenharia de Energia Renovável da UNSW diz que, embora a tecnologia agora seja barata, ela também está se aproximando de 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”, diz o Prof. Ekins-Daukes.

“A maior eficiência foi definida no início deste ano por nosso colaborador industrial, LONGi. Eles demonstraram uma célula solar de silício com eficiência de 27,3 por cento”, ele diz.

“O limite absoluto é 29,4 por cento.”

O Prof. Schmidt diz que os cientistas ainda estavam tentando entender como o processo molecular de fissão singlete funcionava. Especificamente, como um se torna dois? Ele diz que o processo é complexo e detalhado.

“Nosso estudo aborda a rota desse processo. E usamos campos magnéticos para a interrogação.

“Os campos magnéticos manipulam os comprimentos de onda da luz emitida para revelar a maneira como ocorre a fissão singlete.

“E isso nunca foi feito antes.”

Trabalhando de forma mais inteligente, não mais difícil

Diferentes cores de luz têm fótons com diferentes energias. O Prof. Schmidt diz que não importa qual seja a energia de entrada da luz — ela sempre fornecerá a mesma energia para a célula, e qualquer excesso de energia é transformado em calor.

“Então, se você absorve um fóton vermelho, há um pouco de calor”, diz o professor Schmidt.

“Com fótons azuis, há muito calor.

“Há um limite de eficiência para células solares.”

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

“A introdução da fissão singlete em um painel solar de silício aumentará sua eficiência”, diz o Prof. Ekins-Daukes.

“Isso permite que uma camada molecular forneça corrente adicional ao painel.”

O processo quebra o fóton em dois pedaços menores de energia. Eles podem então ser usados ​​individualmente. Isso garante que mais da parte de maior energia do espectro esteja sendo usada — não perdida como calor.

Investindo no futuro

No ano passado, a Australian Renewable Energy Agency (ARENA) selecionou o projeto de fissão singlete da UNSW para seu programa Ultra Low Cost Solar. O programa visa desenvolver tecnologias capazes de atingir mais de 30 por cento de eficiência a um custo abaixo de 30 centavos por watt até 2030.

A equipe usou um laser de comprimento de onda único para excitar o material de fissão singlete. Então eles usaram um eletroímã para aplicar campos magnéticos — o que reduziu a velocidade do processo de fissão singlete, tornando-o mais fácil de observar.

“A partir desse sólido entendimento científico da fissão singlete, agora podemos fazer um protótipo de uma célula solar de silício aprimorada e então trabalhar com nossos parceiros industriais para comercializar a tecnologia”, diz o Prof. Ekins-Daukes.

“Estamos confiantes de que podemos fazer com que as células solares de silício tenham uma eficiência acima de 30%”, diz o Prof. Schmidt.