Placa solar revolucionária pode resolver o problema energético mundial

ZAP // Dall-E-2

Uma nova placa solar ultra-eficiente usa um composto que abre a porta a uma nova geração de células solares de elevada eficiência, que pode representar um passo fundamental para satisfazer as necessidades energéticas mundiais de forma sustentável.

Uma equipa de investigadores da Universidade de Lehigh, nos EUA, criou um novo composto que promete revolucionar o fabrico de painéis solares e, nesse processo, ajudar-nos a satisfazer as necessidades energéticas da nossa civilização.

Os cientistas usaram um material quântico como camada ativa num protótipo de célula fotovoltaica, que registou um aumento sem precedentes na absorção de partículas de luz e na sua transformação em energia.

Os resultados da pesquisa foram apresentados num artigo publicado na revista Science.

De acordo com o relatório Renewables 2023 da Agência Internacional da Energia, a energia solar registou o crescimento mais rápido de todas as tecnologias renováveis em 2022, ultrapassando pela primeira vez na história a energia eólica na capacidade global de produção de energia .

Em 2023, a produção de energia solar fotovoltaica registou um aumento recorde de 270 TWh (mais 26%), atingindo quase 1 300 TWh, prevendo-se que estes números continuem a aumentar no futuro.

Uma das chaves para este crescimento tem sido o aumento da eficiência das células fotovoltaicas nos últimos anos. No entanto, salienta o El Confidencial, a tecnologia atual ainda é limitada na quantidade de energia que é capaz de captar.

O protótipo de painel solar criado pelos investigadores da universidade norte-americana propõe-se quebrar esses limites.

O novo material consegue produzir quase duas unidades de eletricidade por cada partícula de luz solar (fotão) que absorve. Isto é cerca do dobro do que produzem os atuais sistemas fotovoltaicos.

“Este trabalho é um grande salto no desenvolvimento de soluções energéticas sustentáveis”, afirma Chinedu Ekuma, professor de física na Universidade de Lehigh e autor principal do estudo. “Esta abordagem inovadora pode redefinir a eficiência e a acessibilidade da energia solar num futuro próximo”.

Como funciona

A equipa criou o material inserindo átomos de cobre em pequenos espaços entre camadas de dois outros materiais: seleneto de germânio e sulfureto de estanho (CuxGeSe/SnS).

Nestes espaços, chamados vazios de van der Waals, podem ser introduzidas moléculas ou iões para modificar as propriedades dos materiais.

O material resultante é um painel extremamente eficiente na captação de luz e na sua conversão em energia, graças a uma caraterística única designada “estados intermédios da banda“.

Esta propriedade torna o material especialmente capaz de absorver luz nas faixas infravermelha e visível do espetro luminoso, permitindo-lhe captar a energia fotónica que normalmente se perde nas células solares atuais através da reflexão e do calor.

Ekuma Lab / Lehigh University

Esquema da película solar ultra-fina com Cu_xGeSe/SnS como camada ativa

Um salto quântico na eficiência

Os painéis fotovoltaicos tradicionais conseguem gerar e recolher um eletrão de eletricidade por cada fotão que absorvem, o que dá uma eficiência quântica externa (EQE) de 100%.

No entanto, os testes realizados com o novo material mostraram que este pode atingir uma EQE de até 190%, ou seja, pode gerar quase dois eletrões por cada fotão que absorve.

Além disso, os painéis solares comerciais absorvem cerca de 30% da energia que recebem do sol, enquanto o novo material, utilizado como camada ativa de uma célula solar, registou uma absorção fotovoltaica média de 80%.

Embora o material seja muito promissor, os seus criadores reconhecem no seu estudo que é necessária mais investigação antes de poder ser utilizado nos sistemas de energia solar existentes. No entanto, as técnicas que usaram são já bem conhecidas, pelo que o seu potencial é enorme.

“A resposta rápida e maior eficiência indicam claramente o potencial deste material para utilização em aplicações fotovoltaicas avançadas”, diz Ekuma, em comunicado publicado no EurekAlert.

“Este é um candidato promissor para o desenvolvimento de células solares de alta eficiência da próxima geração, que desempenharão um papel crucial na resposta às necessidades energéticas do mundo”, conclui o investigador.