Estado quântico escuro melhora células solares em 44%

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/12/2011

Esquema da fotoemissão (setas em laranja) e da transferência de carga para o fulereno C60 (setas azuis).
[Imagem: Chan et al./Science]

Dois elétrons por fóton

A correção de uma teoria pode significar que a eficiência máxima das células solares é maior do que se pensava.

Os cientistas descobriram que é possível dobrar o número de elétrons coletados a partir de um único fóton da luz solar que atinge um material semicondutor.

Esse material semicondutor é usado nas chamadas células solares orgânicas.

Além de serem feitas à base de materiais plásticos flexíveis, as células solares orgânicas são muito mais baratas de se fabricar, embora sejam menos eficientes.

"Nossa descoberta abre o caminho para um enfoque totalmente novo na conversão da energia solar, levando a eficiências muito mais altas," afirma Xiaoyang Zhu, da Universidade do Texas, nos Estados Unidos.

Eficiência máxima das células solares

A eficiência teórica máxima de uma célula solar comum é de aproximadamente 40%, por causa principalmente dos chamados "elétrons quentes", que têm energia demais para serem capturados, e acabam se transformando em calor.

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Se fosse possível capturar os elétrons quentes, esse máximo teórico poderia subir para até 66%.

Em 2010, Zhu e sua equipe descobriram como capturar esses elétrons usando nanocristais, embora não tenham ainda conseguido viabilizar a tecnologia em larga escala.

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Agora eles descobriram uma alternativa, com a vantagem de empregar as muito mais baratas células solares orgânicas.

Estado quântico escuro

O grupo descobriu que, em um material chamado pentaceno, um fóton produz um estado quântico escuro, chamado de "estado sombra", a partir do qual é possível capturar, de forma eficiente, não um, mas dois elétrons.

O mecanismo pode elevar a eficiência das células solares orgânicas em 44%, sem a necessidade de usar concentradores solares.

Quando um fóton atinge a molécula de pentaceno, ele cria um exciton, um par elétron-lacuna com um nível mais elevado de energia.

O exciton é quanticamente acoplado com o "estado sombra", chamado multiexciton.

Esse estado escuro é uma fonte eficiente para a transferência de dois elétrons para um material receptor de elétrons, como um fulereno C60, usado pelos pesquisadores neste experimento.

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