Conversão de calor em luz dobra eficiência de células solares

Redação do Site Inovação Tecnológica 

A altura, diâmetro e espaçamento são cruciais para que o calor do componente se converta na faixa adequada de luz emitida - esta será a luz que a célula solar aproveitará. [Imagem: Kyoto University/Noda Lab]

Energia da luz e do calor

Engenheiros japoneses desenvolveram uma nova tecnologia para capturar energia luminosa que permite aproveitar uma faixa bem mais ampla do espectro eletromagnético do que simplesmente a luz visível.

"As células solares atuais não são boas em converter a luz visível em energia elétrica. A melhor eficiência é de apenas 20%," explica o professor Takashi Asano, da Universidade de Quioto, que está desenvolvendo novas tecnologias ópticas para melhorar a produção de energia.

A ideia é aproveitar outras fontes emissoras de radiação eletromagnética: a queima de combustíveis e outras fontes de calor, por exemplo, que também emitem luz nas diversas faixas do infravermelho.

Convertendo energia do calor

Temperaturas mais altas emitem luz em comprimentos de onda mais curtos, razão pela qual a chama de um queimador de gás mudará do vermelho para o azul à medida que o calor aumentar. Mais calor oferece mais energia, tornando os comprimentos de onda curtos um alvo importante para o projeto de células solares mais eficientes.

"O problema", continua Asano, "é que o calor dissipa luz em todos os comprimentos de onda, mas uma célula solar só vai funcionar em uma faixa estreita. Para resolver isto, nós construímos um novo semicondutor nanométrico que estreita a largura de banda dos [diversos] comprimentos de onda para concentrar a energia."

Para que o calor emita luz visível - o fogo que você vê, por exemplo - são necessárias temperaturas a partir de 1000° C. Felizmente, o silício tem uma temperatura de fusão superior a 1400° C, o que significa que ele pode lidar bem com esta situação e gerar a luz que será finalmente transformada em eletricidade pela célula solar.

Asano e seus alunos entalharam placas de silício para criar uma série de hastes idênticas e igualmente espaçadas. A altura, o diâmetro e o espaçamento das hastes são determinados pela largura de banda que se pretende capturar. Em outras palavras, esses cilindros determinam a emissividade do componente, ou seja os comprimentos de onda que ele emitirá quando for aquecido.

Célula termossolar

Usando este material, a equipe mostrou que seu semicondutor dobra a taxa de conversão de energia das células solares, elevando-a para pelo menos 40%.

"Nossa tecnologia tem dois benefícios importantes," acrescentou o professor Sussumu Noda. "Em primeiro lugar, é a eficiência energética: podemos converter o calor em eletricidade muito mais eficientemente do que antes. Em segundo lugar, é o projeto: podemos agora criar transdutores muito menores e mais robustos, o que será benéfico em uma ampla gama de aplicações."

Bibliografia:

Near-infrared-to-visible highly selective thermal emitters based on an intrinsic semiconductor
Takashi Asano, Masahiro Suemitsu, Kohei Hashimoto, Menaka De Zoysa, Tatsuya Shibahara, Tatsunori Tsutsumi, Susumu Noda
Science Advances
Vol.: 2, no. 12, e1600499
DOI: 10.1126/sciadv.1600499