Célula solar produz dois elétrons para cada fóton

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/07/2013

A aparente mágica foi possível graças a um processo quântico chamado fissão de singletos, que emerge em semicondutores orgânicos.
[Imagem: Daniel Congreve et al./Science]

Fótons e elétrons

Em uma célula solar tradicional, formada pelas chamadas junções semicondutoras, cada fóton que chega produz um elétron, que é capturado na forma de eletricidade.

Fazendo os cálculos, chega-se ao chamado limite de eficiência de Shockley-Queisser, que estabelece que a eficiência na conversão luz-eletricidade desses componentes nunca passará dos 34% - isso no caso de uma otimização ideal.

Mas Daniel Congreve e seus colegas do MIT, nos Estados Unidos, deram um jeito de superar esse limite.

Eles desenvolveram uma célula solar feita com um um material semicondutor orgânico, chamado pentaceno, que gera não um, mas dois elétrons por fóton incidente.

Com isto, eles obtiveram uma eficiência na geração de energia elétrica acima dos 100%.

Fissão de singletos

A aparente mágica foi possível graças a um processo quântico chamado fissão de singletos, que emerge em alguns semicondutores orgânicos.

Já se sabia que o material usado era capaz de produzir dois excitons a partir de um único fóton - um exciton é um par formado por um elétron e seu correlato positivo, a lacuna.

A grande novidade foi incorporar essa geração de excitons dentro de um componente fotovoltaico, o que o tornou capaz de gerar mais de um elétron por fóton.

Na nova célula solar, a fissão de singletos transforma os fótons singletos, ou excitons, em dois estados tripleto, cada um com metade da energia do estado singleto inicial.

Apesar do esquema "dois elétrons para cada fóton", a eficiência global da célula solar experimental ainda é baixa - menos de 2%.

Isto porque o processo aproveita uma faixa de comprimentos de onda muito estreita, perdendo a maior parte da luz.

Contudo, os pesquisadores se mostraram otimistas em que a fissão de singletos possa ser usada para aumentar a eficiências das células solares orgânicas tradicionais, que podem ser muito baratas, flexíveis e transparentes, mas ainda perdem em rendimento para as tradicionais células solares de silício.

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