p Uma nova abordagem para a captação de energia solar, desenvolvido por pesquisadores do MIT, poderia melhorar a eficiência usando a luz solar para aquecer um material de alta temperatura cuja radiação infravermelha seria então coletada por uma célula fotovoltaica convencional. Essa técnica também pode facilitar o armazenamento de energia para uso posterior, dizem os pesquisadores. p Nesse caso, adicionar a etapa extra melhora o desempenho, porque torna possível tirar proveito de comprimentos de onda de luz que normalmente vão para o lixo. O processo é descrito em artigo publicado esta semana na revista. Nature Nanotechnology , escrito pelo estudante de graduação Andrej Lenert, professora associada de engenharia mecânica Evelyn Wang, professor de física Marin Soljačić, o principal cientista pesquisador Ivan Celanović, e três outros.

p Uma célula solar convencional baseada em silício "não aproveita todos os fótons, "Wang explica. Isso porque converter a energia de um fóton em eletricidade requer que o nível de energia do fóton corresponda a uma característica do material fotovoltaico (PV) chamado de bandgap. O bandgap do silício responde a muitos comprimentos de onda de luz, mas perde muitos outros.

p Para resolver essa limitação, a equipe inseriu um dispositivo absorvedor-emissor de duas camadas - feito de novos materiais, incluindo nanotubos de carbono e cristais fotônicos - entre a luz do sol e a célula fotovoltaica. Este material intermediário coleta energia de um amplo espectro de luz solar, aquecendo no processo. Quando esquenta, como com um pedaço de ferro que brilha em brasa, ele emite luz de um determinado comprimento de onda, que, neste caso, é ajustado para coincidir com o bandgap da célula PV montada nas proximidades.

p Este conceito básico foi explorado por vários anos, visto que, em teoria, tais sistemas termofotovoltaicos solares (STPV) poderiam fornecer uma maneira de contornar um limite teórico na eficiência de conversão de energia de dispositivos fotovoltaicos baseados em semicondutores. Esse limite, chamado de limite de Shockley-Queisser, impõe um limite de 33,7 por cento sobre essa eficiência, mas Wang diz que com sistemas TPV, "a eficiência seria significativamente maior - idealmente, poderia ser superior a 80 por cento."

p Existem muitos obstáculos práticos para a realização desse potencial; experimentos anteriores não foram capazes de produzir um dispositivo STPV com eficiência superior a 1 por cento. Mas Lenert, Wang, e sua equipe já produziu um dispositivo de teste inicial com uma eficiência medida de 3,2 por cento, e eles dizem que, com mais trabalho, esperam ser capazes de alcançar 20 por cento de eficiência - o suficiente, eles dizem, para um produto comercialmente viável.

p O design do material absorvedor-emissor de duas camadas é a chave para essa melhoria. Sua camada externa, de frente para a luz do sol, é uma matriz de nanotubos de carbono de paredes múltiplas, que absorve com muita eficiência a energia da luz e a transforma em calor. Esta camada está fortemente ligada a uma camada de um cristal fotônico, que é precisamente projetado para que, quando for aquecido pela camada anexada de nanotubos, ele "brilha" com luz cuja intensidade de pico está principalmente acima do bandgap do PV adjacente, garantindo que a maior parte da energia coletada pelo absorvedor seja então transformada em eletricidade.

p Em seus experimentos, os pesquisadores usaram luz solar simulada, e descobriram que seu pico de eficiência ocorria quando sua intensidade era equivalente a um sistema de foco que concentra a luz solar por um fator de 750. Essa luz aquecia o absorvedor-emissor a uma temperatura de 962 graus Celsius.

p Este nível de concentração já é muito menor do que nas tentativas anteriores de sistemas STPV, que concentrava a luz solar por um fator de vários milhares. Mas os pesquisadores do MIT dizem que, após mais otimização, deve ser possível obter o mesmo tipo de aprimoramento em concentrações de luz solar ainda mais baixas, tornando os sistemas mais fáceis de operar.

p Tal sistema, a equipe diz, combina as vantagens dos sistemas solares fotovoltaicos, que transformam a luz do sol diretamente em eletricidade, e sistemas solares térmicos, o que pode ter uma vantagem para uso retardado porque o calor pode ser armazenado mais facilmente do que a eletricidade. Os novos sistemas solares termofotovoltaicos, eles dizem, poderia fornecer eficiência por causa de sua absorção de luz solar em banda larga; escalabilidade e compactação, porque são baseados na tecnologia existente de fabricação de chips; e facilidade de armazenamento de energia, por causa de sua dependência do calor.

p Algumas das maneiras de melhorar ainda mais o sistema são bastante simples. Desde o estágio intermediário do sistema, o absorvedor-emissor, depende de altas temperaturas, seu tamanho é crucial:quanto maior um objeto, quanto menor for a área de superfície em relação ao seu volume, assim, as perdas de calor diminuem rapidamente com o aumento do tamanho. Os testes iniciais foram feitos em um chip de 1 centímetro, mas os testes de acompanhamento serão feitos com um chip de 10 centímetros, eles dizem.