Uma camada de nanocristais de silício e íons de érbio pode ajudar as células solares a extrair mais energia do ultravioleta (UV, de alta energia) do espectro solar. Físicos experimentais da Fundação FOM, a STW Technology Foundation e a University of Amsterdam publicaram esta notícia em Nature Communications em 13 de agosto de 2014. Quando as células solares convencionais à base de silício absorvem a luz UV, grande parte de sua energia é perdida na forma de calor. Os pesquisadores mostraram que esse excesso de energia pode ser usado para excitar vários íons de érbio. Isso faz com que os íons emitam luz, que pode então ser convertido em eletricidade.

As células solares convencionais só podem converter uma pequena parte do espectro solar em eletricidade de forma eficiente. Partículas de luz de baixa energia (fótons) não são absorvidas, porque eles não têm energia suficiente para preencher a lacuna de banda do material do qual as células solares são feitas. Por contraste, fótons de alta energia podem ser absorvidos, mas em apenas alguns picossegundos (10 ^-12 segundos) grande parte de sua energia é transformada em calor. Isso limita a eficiência máxima a apenas 30 por cento.

Rápido e eficiente

Saba Saeed e seus colegas mostraram agora que a eficiência de conversão pode ser potencialmente aumentada fazendo melhor uso da energia contida nesses fótons de alta energia. Isso pode ser alcançado com uma camada de dióxido de silício, nanocristais de silício (partículas com tamanho de um bilionésimo de metro) e íons de érbio. Os nanocristais de silício transferem seu excesso de energia para os íons de érbio, antes que seja perdido como calor. Isso leva à emissão de vários fótons infravermelhos de baixa energia por fóton absorvido, que pode produzir eletricidade extra. Em comparação com os concentradores de luz solar, que às vezes também usam metais de terras raras, como érbio, esta técnica traz a perspectiva de uma maior eficiência.

Formador espectral

Embora o processo tenha sido demonstrado experimentalmente, ainda não foi usado em uma arquitetura fotovoltaica (uma célula solar). No futuro, uma camada de nanocristais de silício e íons de érbio poderia ser colocada no topo das células solares como um 'formador espectral', para aumentar sua eficiência. Os 'formadores espectrais' converteriam fótons UV de alta energia em vários fótons de baixa energia, que pode então ser usado para gerar eletricidade em uma célula solar.

O estudo de acompanhamento se concentrará em um maior refinamento das camadas de conversão ajustando o tamanho e o espaçamento dos nanocristais de silício, a concentração e o tipo de íon de terras raras, e otimizando a espessura da camada. Também será investigado se tal 'formador espectral' pode ser integrado à camada de revestimento anti-reflexo que cobre todas as células solares.