Pesquisadores da Julius-Maximilians-Universität (JMU) em Würzburg, Alemanha, projetaram um novo sistema de captação de luz solar que é mais eficiente em termos energéticos porque absorve todo o espectro da luz visível . Testado em ambiente de pesquisa, seu sistema converteu 38% da luz incidente em fluorescência, um salto significativo em relação a outros sistemas atuais. Atualmente o recorde é de sistemas que combinam silício cristalino e células de pervskita com eficiência de 31% .
Tecnologias como a energia solar são fundamentais no nosso esforço para nos afastarmos dos combustíveis fósseis. Embora a energia solar esteja ganhando espaço globalmente em termos de instalações, a tecnologia tem muito espaço para melhorias em termos de eficiência energética. A inovação foi publicada na revista Chem .
Embora a maioria dessas abordagens tenha se concentrado no material usado para fabricar a célula solar, os pesquisadores do JMU analisaram o problema de outro ângulo: como a luz é coletada nas células solares.
Problemas com sistemas de colheita leve
Os sistemas de captação de luz utilizados nas células solares disponíveis comercialmente não são muito eficientes.
Eles são feitos de materiais semicondutores inorgânicos, como o silício, e embora sejam pancromáticos e capazes de absorver todo o espectro da luz visível, sua absorção é muito baixa.
Por esta razão, as células solares precisam de camadas espessas de silício para absorver mais luz, mas torná-las pesadas.
Os pesquisadores foram inspirados por sistemas naturais, como plantas e bactérias, que podem usar um amplo espectro de luz para a fotossíntese.
Explicação do novo sistema de captação de luz solar
Isto é conseguido através do uso de corantes orgânicos, que são muito mais finos e leves. Quando usados sozinhos, os corantes orgânicos não absorvem luz em uma ampla faixa espectral.
Os pesquisadores, portanto, procuraram replicar o arranjo complexo de corantes em sistemas naturais para desenvolver um novo sistema de coleta de luz altamente eficiente.
Os pesquisadores da JMU projetaram um receptor de coleta de luz usando quatro corantes de merocianina diferentes. Esses corantes foram sobrepostos uns sobre os outros de forma sofisticada, permitindo uma captura rápida e eficiente.
O protótipo do sistema de coleta de luz foi denominado URPB, com base nos comprimentos de onda que os quatro componentes do corante podem absorver: U para ultravioleta, R para vermelho, P para violeta e B para azul.
Para determinar a eficácia do sistema de coleta de luz, os pesquisadores mediram seu rendimento quântico de fluorescência – a quantidade de energia que o sistema emite como fluorescência, disse o comunicado de imprensa.
A equipe descobriu que, em seu arranjo especial, os quatro corantes geravam energia a partir de 38% da luz incidente . Em comparação, quando colocado individualmente, cada corante só poderia converter três por cento da luz em fluorescência, mostrando a diferença significativa que o arranjo espacial dos corantes faz.
“Nosso sistema tem uma estrutura de banda semelhante à dos semicondutores inorgânicos. Isto significa que absorve pancromaticamente em toda a faixa visível”, disse Frank Würthner, professor de química da JMU. “E utiliza os altos coeficientes de absorção dos corantes orgânicos. Isto significa que, semelhante aos sistemas de captação de luz natural, pode absorver muita energia luminosa numa camada relativamente fina."
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