Agora que as células solares baseadas na tecnologia de silício quase atingiram seus limites de eficiência, pesquisadores de todo o mundo estão procurando tecnologias alternativas para melhorar ainda mais a eficiência das células solares. Físicos da AMOLF e da Universidade de Cambridge usaram técnicas de modelagem para comparar duas dessas tecnologias promissoras:multiplicadores de fótons de fissão singlete e células solares tandem. Embora o potencial de melhoria da eficiência seja quase igual, o multiplicador de fótons de fissão singlete revelou-se mais estável em condições climáticas variáveis. Também, o multiplicador de fótons de fissão singlete não requer modificações na tecnologia de silício, o que significa que pode até ser usado para melhorar as células solares existentes. Os pesquisadores publicaram suas descobertas em Cartas de energia ACS .

Nos últimos 20 anos, a eficiência das células solares de silício produzidas em laboratório aumentou apenas 2 por cento, e será muito difícil fazer mais melhorias nos próximos anos. O principal motivo é que as células solares convencionais desperdiçam grande parte da luz solar que chega. A tecnologia do silício simplesmente não pode converter toda a luz solar em energia elétrica porque o silício apenas absorve parte do espectro solar. Também, fótons de alta energia da parte azul do espectro não são convertidos de forma eficiente, e eles geram calor indesejado na célula solar.

No instituto de pesquisa AMOLF, o grupo Hybrid Solar Cells liderado por Bruno Ehrler estuda as propriedades dos semicondutores orgânicos para superar as limitações das células solares inorgânicas (silício). "Existem duas estratégias promissoras que melhorariam tremendamente as células solares, "diz o estudante de doutorado Moritz Futscher." O primeiro, tecnologia de células solares em tandem com base em uma combinação de materiais híbridos de perovskita e silício, recebe muita atenção e é estudado extensivamente por pesquisadores de todo o mundo. Nós estudamos perovskitas também, mas também somos um dos poucos grupos de pesquisa que estuda a segunda tecnologia, que aproveita um processo denominado fissão singlete. "

A fissão singlete é um processo que ocorre apenas em semicondutores orgânicos. Quando um fóton de alta energia é absorvido, uma partícula de alta energia chamada exciton singlete é gerada. Este exciton singuleto se converte em dois excitons tripletos, cada um com cerca de metade da energia do exciton singleto. "Com esta abordagem, criamos dois fótons de baixa energia a partir de um fóton de alta energia. Esses fótons são então emitidos para a célula solar subjacente por meio de pontos quânticos, minúsculas partículas feitas de semicondutores, "Futscher explica." Por aqui, a fissão singlete serve como um multiplicador de fótons. "

Futscher e seus colegas compararam teoricamente os multiplicadores de fótons de fissão singlete com células solares em tandem que usam uma combinação de perovskitas e silício em condições climáticas reais. "Sabemos que as células solares em tandem funcionam muito bem em regiões ensolaradas, mas tem um desempenho inferior em regiões com condições meteorológicas variáveis. Então, levamos em consideração o clima e o espectro solar, "diz Futscher." Descobrimos que a combinação de um multiplicador de fótons de fissão singlete e células solares de silício funciona tão bem quanto a combinação de perovskitas com silício (tandem). Contudo, sob condições meteorológicas variáveis ​​encontradas na Holanda, o multiplicador de fótons de fissão singlete prova ser uma escolha mais estável. "

O fato de que as células solares baseadas na fissão singlete funcionam potencialmente tão bem quanto as células solares em tandem - e ainda melhor, sob certas circunstâncias, torna-se uma alternativa muito interessante. "Esses multiplicadores de fótons são fáceis de fazer. É basicamente uma fina folha de plástico que pode ser colocada em cima de uma célula solar existente. A tecnologia da célula solar em si não precisa ser alterada, "diz Futscher." Embora a tecnologia funcione melhor com as células solares de última geração, tal folha de fissão singlete iria até mesmo melhorar o desempenho das células solares de silício em uso, especialmente sob as condições climáticas variáveis ​​que enfrentamos na Holanda. "