Pesquisadores da Universidade Julius-Maximilians (JMU) em Würzburg, Alemanha, desenvolveram um sistema inovador de captura de luz que aumenta significativamente a eficiência das células solares.
Inspirados pela forma como plantas e bactérias organizam seus corantes para a fotossíntese, os cientistas replicaram essa estrutura usando quatro tipos de corantes, resultando em uma melhora considerável na conversão de luz em energia.
Problemas com sistemas de captura de luz atuais
As células solares disponíveis comercialmente usam materiais semicondutores inorgânicos, como o silício, que, embora absorvam todo o espectro visível de luz, têm baixa eficiência de absorção. Isso obriga a utilização de camadas espessas de silício, tornando as células solares pesadas.
Tecnologias como a energia solar são essenciais para a transição energética, mas ainda há muito espaço para melhorias na eficiência desses sistemas.
Inspiração na natureza
A equipe da JMU buscou inspiração nos sistemas naturais de captura de luz encontrados em plantas e bactérias. Esses organismos utilizam corantes orgânicos que, apesar de serem mais finos e leves, não absorvem luz em um amplo espectro quando usados individualmente.
A chave estava em replicar a complexa organização desses corantes, o que resultou em um sistema altamente eficiente.
Funcionamento do novo sistema
Os pesquisadores projetaram uma antena de captura de luz usando quatro corantes de merocianina diferentes. Esses corantes foram dobrados e empilhados de maneira sofisticada, permitindo um transporte de energia ultrarrápido e eficiente.
O protótipo, chamado URPB, é nomeado com base nas ondas de luz que os corantes podem absorver: U para ultravioleta, R para vermelho, P para púrpura e B para azul.
Resultados impressionantes
Para avaliar o desempenho do novo sistema, os pesquisadores mediram o rendimento quântico de fluorescência, que é a quantidade de energia emitida na forma de fluorescência. Descobriu-se que, na disposição especial dos corantes, 38% da luz incidente foi convertida em fluorescência.
Em comparação, quando usados individualmente, cada corante conseguiu converter apenas até 3% da luz em fluorescência. Isso mostra a enorme diferença que a organização espacial dos corantes faz.
Comparação com semicondutores inorgânicos
De acordo com Frank Würthner, professor de química da JMU, o novo sistema tem uma estrutura de bandas semelhante à dos semicondutores inorgânicos, absorvendo luz de forma pancromática em todo o espectro visível. Além disso, utiliza os altos coeficientes de absorção dos corantes orgânicos, permitindo a captura de muita energia luminosa em uma camada relativamente fina, similar aos sistemas naturais de captura de luz.
Os resultados dessa pesquisa foram publicados na revista Chem, destacando o potencial revolucionário desse novo sistema de captura de luz para aumentar a eficiência das células solares e contribuir para a transição energética global.
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Fonte: Interesting Engineering
