Célula solar que emite luz eleva limite teórico de eficiência

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/04/2012

Esta é uma célula solar de arseneto de gálio, considerada de altíssimo rendimento, geralmente utilizada em satélites artificiais e sondas espaciais.
[Imagem: Joe Foster/Alta Devices]

Célula solar tipo LED

Tudo o que os pesquisadores de células solares mais querem é descobrir formas de absorver a maior parte possível da luz do Sol.

Quanto mais fótons forem absorvidos, maior será a eletricidade gerada.

Logo, não parece fazer muito sentido querer uma célula solar que também seja capaz de emitir luz, uma vez que isso significaria perda de eficiência, certo?

Contrariamente a tudo o que se poderia esperar, a equipe do Dr. Eli Yablonovitch, da Universidade de Berkeley, nos Estados Unidos, demonstrou que faz sim, muito sentido, construir uma célula solar de dupla personalidade.

Eles fabricaram uma célula solar com um funcionamento muito similar ao de um LED, um diodo emissor de luz.

"Nós demonstramos que, quanto melhor uma célula solar for em emitir fótons, mais alta será a tensão que ela pode gerar e maior sua eficiência na produção de energia," afirmou Yablonovitch.

Conexão termodinâmica

O fundamento básico da descoberta é que há uma conexão termodinâmica entre a absorção e emissão de fótons pela célula solar.

Assim, uma célula solar capaz de emitir luz não deixa fótons perdidos em seu interior, com um efeito prático de produzir uma tensão mais elevada e a quantidade de elétrons gerados, ou seja, sua eficiência.

Tudo parece muito estranho, afirma Owen Miller, principal autor da pesquisa, mas faz sentido matematicamente - e, agora, ele mostrou fazer sentido também na prática.

Miller percebeu isso ao construir uma célula solar com o semicondutor arseneto de gálio, com o novo estilo LED de ser, e vê-la atingir uma eficiência de 28,3%.

Ocorre que o limite teórico de eficiência dessa célula solar, que é o tipo mais fundamental, chamado célula solar de junção única, é de 26% - células solares de múltiplas junções têm limites significativamente superiores, geralmente acima dos 40%, dependendo da configuração.

Luminescência

O fenômeno de maior interesse, que ocorre no interior da célula solar emissora de luz, é a chamada luminescência.

Os fótons do Sol arrancam elétrons do material semicondutor, gerando uma corrente elétrica. Mas alguns desses elétrons retornam aos seus níveis anteriores de energia, o que faz com que eles, em vez de se transformarem em corrente elétrica, emitem novos fótons.

Seria de se esperar que deixar esses fótons no interior do material poderia fazer com que eles liberassem novos fótons.

Mas, como a equipe demonstrou matematicamente, e depois na prática, é melhor tentar livrar-se desses fótons o mais rapidamente possível.

E colher ganhos na forma de uma tensão mais elevada e de uma corrente mais alta, gerando mais energia por unidade de luz do Sol do que ficar tentando aproveitar os fótons luminescentes.

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