Os fótons com energia maior do que o gap do semicondutor que os absorve dão origem ao que é conhecido como elétrons quentes. A energia extra em relação ao gap é perdida muito rapidamente, uma vez que é convertido em calor e não contribui para a voltagem. A professora Maria Antonietta Loi, da Universidade de Groningen, fotofísica e optoeletrônica, encontrou agora um material em que esses elétrons quentes retêm seus altos níveis de energia por muito mais tempo. Isso pode tornar possível usar mais de sua energia para obter uma voltagem mais alta. Seus resultados foram publicados em 16 de janeiro em Nature Communications .

A eficiência dos painéis solares é prejudicada por um problema de Goldilocks:os fótons precisam ter a quantidade certa de energia para serem convertidos em elétrons livres, que contribuem para a tensão. Muito pouca energia, e os fótons passam direto pelo painel solar. Demais, e o excesso de energia desaparece como calor. Isso se deve à criação de elétrons quentes (de alta energia). Antes que eles possam ser extraídos das células solares, esses elétrons quentes primeiro liberam seu excesso de energia, causando vibrações no material cristalino do painel solar. “Esta perda de energia limita a eficiência máxima das células solares, "explica Loi.

Ela está trabalhando em um tipo especial de célula solar feita de perovskitas híbridas orgânico-inorgânicas. As perovskitas têm o nome de um mineral que tem a fórmula química ABX ₃ . Na posição X, ânions formam um octaedro, enquanto na posição A, cátions formam um cubo em torno deles, enquanto um cátion central assume a posição B. Muitos materiais da família perovskita adotam essa estrutura cristalina. As perovskitas híbridas contêm cátions orgânicos na posição A.

A maioria das células solares de perovskita híbrida contém chumbo, que é tóxico. O grupo de Loi publicou recentemente um artigo descrevendo uma eficiência recorde de 9 por cento em uma célula solar híbrida de perovskita contendo estanho inofensivo em vez de chumbo. "Quando estudamos mais este material, observamos algo estranho, "Ela continua. Os resultados só podem significar que os elétrons quentes produzidos nas células solares à base de estanho demoram cerca de mil vezes mais do que o normal para dissipar o excesso de energia.

"Os elétrons quentes liberaram sua energia após vários nanossegundos, em vez de algumas centenas de femtossegundos. Encontrar esses elétrons quentes de vida longa é o que todos neste campo estão esperando, "diz Loi. Sua vida útil mais longa torna possível coletar a energia desses elétrons antes que ela se transforme em calor." Isso significa que poderíamos coletar elétrons com uma energia mais alta e, assim, criar uma voltagem mais alta na célula solar. "Cálculos teóricos mostram que por colher os elétrons quentes, a eficiência máxima para células solares híbridas de perovskita poderia aumentar de 33 para 66 por cento.

O próximo passo é descobrir por que a perovskita híbrida à base de estanho retarda o decaimento dos elétrons quentes. Então, novos materiais de perovskita poderiam ser projetados com elétrons quentes ainda mais lentos. "Essas perovskitas à base de estanho podem ser uma virada de jogo, e poderia, em última instância, dar uma grande contribuição para o fornecimento de energia limpa e sustentável no futuro. "