Pesquisadores da UC Berkeley acabaram de quebrar outro recorde em eficiência fotovoltaica, uma conquista que pode levar a um motor ultraleve que pode alimentar drones por dias.

Nos últimos 15 anos, a eficiência da conversão de calor em eletricidade com termovoltaicos estagnou em 23%. Mas uma visão física inovadora permitiu aos pesquisadores aumentar essa eficiência para 29 por cento. Usando um design inovador, os pesquisadores agora pretendem atingir 50 por cento de eficiência em um futuro próximo, aplicando conceitos científicos bem estabelecidos.

Essa descoberta tem grandes implicações para as tecnologias que atualmente dependem de baterias pesadas para gerar energia. Termofotovoltaicos são uma fonte de energia alternativa ultraleve que pode permitir que drones e outros veículos aéreos não tripulados operem continuamente por dias. Também poderia ser usado para alimentar sondas espaciais profundas por séculos e, eventualmente, uma casa inteira com um gerador do tamanho de um envelope.

Seu trabalho foi descrito em um artigo publicado esta semana em Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Os termofotovoltaicos são compactos e extremamente eficientes para uma ampla gama de aplicações, daqueles que exigem apenas 100 watts, [como] um veículo aéreo não tripulado leve, a 100 megawatts, [fornecendo] eletricidade para 36, 000 casas. Em comparação, uma usina de ciclo combinado de 100 megawatts é enorme, "disse Eli Yablonovitch, professor de engenharia elétrica e ciência da computação (EECS) e autor correspondente no artigo.

De acordo com Yablonovitch, essa descoberta se baseia no trabalho que ele e os alunos publicaram em 2011, que descobriu que a chave para aumentar a eficiência da célula solar não era absorver mais fótons (luz), mas emiti-los. Ao adicionar um espelho altamente reflexivo na parte traseira de uma célula fotovoltaica, eles quebraram recordes de eficiência na época e continuaram a fazê-lo com pesquisas subsequentes.

Fita de grafite (barra brilhante) aquecendo a célula termofotovoltaica localizada embaixo dela. (Foto de Luis M. Pazos Outόn, UC Berkeley)

"O que o espelho faz é criar um denso gás fóton luminescente infravermelho dentro da célula solar, um fenômeno que adiciona voltagem, "disse Yablonovitch.

Recentemente, sua equipe reconheceu que esse espelho poderia servir a uma dupla função. Na verdade, ele resolve um dos maiores desafios da termofotovoltaica:como explorar os fótons térmicos (calor) que têm muito pouca energia para produzir eletricidade. Acontece que o espelho pode refletir esses pequenos fótons para reaquecer a fonte térmica, fornecendo uma segunda chance para um fóton de alta energia ser criado e gerar eletricidade. Esse fenômeno leva a uma eficiência sem precedentes.

"Alcançamos esse resultado recorde, embora estejamos usando apenas um espelho de ouro simples. Agora, vamos adicionar uma camada dielétrica acima do ouro, e isso vai melhorar nossa eficiência para 36 por cento, "disse Luis M. Pazos Outόn, um pesquisador de pós-doutorado no EECS e um dos principais autores do artigo.

"Apenas aumentando a refletividade, obteremos eficiência de 36%. Mas, ao fazer outros ajustes na célula, usando técnicas comprovadas na literatura científica, sabemos que podemos chegar a 50 por cento de eficiência, "disse Zunaid Omair, um estudante de pós-graduação pesquisador no EECS e primeiro autor do artigo. “Antes do nosso resultado, a eficiência termofotovoltaica estagnou em 23 por cento por um longo tempo, portanto, passar de 23 para 29 por cento é realmente um grande negócio. "