p Para produzir a quantidade máxima de energia, as células solares são projetadas para absorver o máximo possível de luz do Sol. Agora, pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley, sugeriram - e demonstraram - um conceito contra-intuitivo:as células solares devem ser projetadas para ser mais como LEDs, capaz de emitir luz, bem como absorvê-la. p "O que demonstramos é que quanto melhor uma célula solar emite fótons, quanto maior sua voltagem e maior a eficiência que pode produzir, "diz Eli Yablonovitch, pesquisador principal e professor de engenharia elétrica da UC Berkeley.

p Desde 1961, cientistas sabem disso, sob condições ideais, há um limite para a quantidade de energia elétrica que pode ser obtida da luz do sol que atinge uma célula solar típica. Este limite absoluto é, teoricamente, cerca de 33,5 por cento. Isso significa que no máximo 33,5% da energia dos fótons que chegam será absorvida e convertida em energia elétrica útil.

p No entanto, por cinco décadas, pesquisadores não conseguiram chegar perto de atingir essa eficiência:a partir de 2010, o valor mais alto que alguém havia chegado era pouco mais de 26%. (Isto é para placa plana, células solares de "junção única", que absorvem ondas de luz acima de uma frequência específica. Células "Multi-junção", que têm várias camadas e absorvem várias frequências, são capazes de alcançar maior eficiência.)

p Mais recentemente, Yablonovitch e seus colegas estavam tentando entender por que havia uma lacuna tão grande entre o limite teórico e o limite que os pesquisadores foram capazes de atingir. Enquanto trabalhavam, uma "imagem coerente emergiu, "diz Owen Miller, um estudante de graduação na UC Berkeley e um membro do grupo de Yablonovitch. Eles encontraram uma forma relativamente simples, se talvez contra-intuitivo, solução baseada em uma conexão matemática entre absorção e emissão de luz.

p "Fundamentalmente, é porque há uma ligação termodinâmica entre absorção e emissão, "Diz Miller. Projetar células solares para emitir luz - de modo que os fótons não se" perdem "dentro de uma célula - tem o efeito natural de aumentar a voltagem produzida pela célula solar." Se você tem uma célula solar que é um bom emissor de luz, também faz com que produza uma voltagem mais alta, "o que, por sua vez, aumenta a quantidade de energia elétrica que pode ser colhida da célula para cada unidade de luz solar, Miller diz.

p A teoria de que a emissão luminescente e a voltagem andam de mãos dadas não é nova. Mas a ideia nunca foi considerada para o design de células solares antes de agora, Miller continua.

p O ano que passou, uma empresa baseada na área da baía chamada Alta Devices, co-fundado por Yablonovitch, usou o novo conceito para criar um protótipo de célula solar feita de arsenieto de gálio (GaAs), um material freqüentemente usado para fazer células solares em satélites. O protótipo quebrou o recorde, saltando de 26 por cento para 28,3 por cento de eficiência. A empresa alcançou este marco, em parte, projetando a célula para permitir que a luz escape o mais facilmente possível da célula - usando técnicas que incluem, por exemplo, aumentando a refletividade do espelho retrovisor, que envia fótons recebidos de volta pela frente do dispositivo.

p As células solares produzem eletricidade quando os fótons do Sol atingem o material semicondutor dentro de uma célula. A energia dos fótons libera os elétrons deste material, permitindo que os elétrons fluam livremente. Mas o processo de liberar elétrons também pode gerar novos fótons, em um processo chamado luminescência. A ideia por trás do novo design da célula solar é que esses novos fótons - que não vêm diretamente do Sol - deveriam escapar da célula o mais facilmente possível.

p "A primeira reação geralmente é, por que ajuda [deixar esses fótons escapar]? ", diz Miller." Você não quer manter [os fótons] dentro, onde talvez eles pudessem criar mais elétrons? "No entanto, matematicamente, permitir que os novos fótons escapem aumenta a voltagem que a célula é capaz de produzir.

p O trabalho é "um bom, forma útil "de determinar como os cientistas podem melhorar o desempenho das células solares, bem como encontrar novas maneiras criativas de testar e estudar células solares, diz Leo Schowalter da Crystal IS, Inc. e professor visitante do Rensselaer Polytechnic Institute, que é o presidente do comitê CLEO de LEDs, fotovoltaica, e fotônica com eficiência energética.

p Yablonovitch diz que espera que os pesquisadores consigam usar essa técnica para atingir eficiências próximas a 30% nos próximos anos. E uma vez que o trabalho se aplica a todos os tipos de células solares, as descobertas têm implicações em todo o campo.

p A equipe de Berkeley apresentará suas descobertas na Conferência sobre Lasers e Eletro Óptica (CLEO:2012), 6 a 11 de maio, São José, Na Califórnia