Os pesquisadores desenvolveram um funil de coleta de luz que absorve a luz do sol de qualquer direção e a concentra em áreas menores, como células solares de alto desempenho. Empilhando vários funis, cada um sintonizado em um comprimento de onda de luz diferente, os pesquisadores esperam que seja possível converter todo o espectro solar em eletricidade com alta eficiência.

Os cientistas, liderado por Peter Jomo Walla na Universidade de Braunschweig na Alemanha, publicaram um artigo sobre os funis de coleta de luz em uma edição recente da Nature Communications .

Embora existam outros concentradores solares que coletam a energia solar de grandes áreas e a direcionam para áreas menores, esses dispositivos enfrentam certas limitações. Por exemplo, eles não funcionam bem na sombra, em vez de exigir irradiação solar direta, e, como resultado, geralmente dependem de sistemas ativos de rastreamento do sol.

A natureza mostrou, Contudo, que não é impossível projetar um coletor solar que supere essas limitações. Em organismos vivos que usam fotossíntese, centenas de pigmentos orientados aleatoriamente absorvem fótons, mesmo da luz indireta, e canalizar a energia para um centro de reação fotossintética. Cada etapa desse processo ocorre com quase 100% de eficiência.

No novo estudo, os pesquisadores modelaram os novos funis de coleta de luz no design da natureza. Os dispositivos consistem em um grande número de pigmentos "doadores" orientados aleatoriamente que podem absorver luz de quase todos os ângulos de incidência, e canalizá-lo para um número menor de moléculas "aceitadoras", todas orientadas em uma única direção, a fim de direcionar a luz para um dispositivo de fotoconversão. Este conceito pode reduzir as perdas intrínsecas de concentradores solares anteriores para menos de 10%.

"Ao minimizar os mecanismos de perda intrínseca dos concentradores de luz anteriores, Acredito que encontramos um conceito e uma realização acessível que pode ajudar a levar ao uso mais difundido de preciosas células fotovoltaicas de alto desempenho, "Walla disse Phys.org .

Em testes, os pesquisadores demonstraram que o novo concentrador solar absorve aproximadamente 99% da luz incidente, com perdas mínimas por reabsorção e reflexão. O dispositivo também tem uma eficiência quântica de redirecionamento de luz de 80%, que os pesquisadores observam é o parâmetro mais importante, pois depende do comprimento de onda particular dos fótons.

No futuro, os pesquisadores esperam que esses dispositivos possam ser empilhados uns sobre os outros, com cada dispositivo contendo diferentes pigmentos correspondentes a diferentes faixas espectrais de luz solar. Como os materiais do dispositivo são acessíveis, uma estrutura empilhada pode levar a um baixo custo, método eficiente de coletar a energia do sol em todo o espectro solar.

"Os pigmentos usados ​​em nosso estudo de prova de princípio cobrem atualmente apenas a faixa espectral do azul e não são estáveis ​​o suficiente para a exposição de longo prazo à luz solar, "Walla disse." No entanto, nosso conceito permite a triagem de uma infinidade de pigmentos estáveis ​​adicionais de cores diferentes para sua capacidade de agir como coletores de luz ou redirecionadores de luz. Estamos muito entusiasmados em encontrar mais pigmentos adequados e arquiteturas empilhadas para cobrir todo o espectro solar com alta eficiência. "

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