p Universidade da Califórnia, O professor assistente de Riverside combinou fotossíntese e física para fazer uma descoberta importante que pode ajudar a tornar as células solares mais eficientes. Os resultados foram publicados recentemente na revista Nano Letras . p Nathan Gabor está focado na física experimental da matéria condensada, e usa luz para sondar as leis fundamentais da mecânica quântica. Mas, ele se interessou por fotossíntese quando uma pergunta surgiu em sua cabeça em 2010:Por que as plantas são verdes? Ele logo descobriu que ninguém realmente sabe.

p Durante os últimos seis anos, ele procurou ajudar a mudar isso combinando sua formação em física com um mergulho profundo em biologia.

p Ele decidiu repensar a conversão de energia solar fazendo a seguinte pergunta:podemos fazer materiais para células solares que absorvam com mais eficiência a quantidade flutuante de energia do sol. As plantas evoluíram para fazer isso, mas as atuais células solares acessíveis - que são no máximo 20% eficientes - não controlam essas mudanças repentinas na energia solar, Disse Gabor. Isso resulta em um grande desperdício de energia e ajuda a prevenir a adoção em larga escala de células solares como fonte de energia.

p Gabor, e vários outros físicos da UC Riverside, abordou o problema ao projetar um novo tipo de fotocélula de motor térmico quântico, o que ajuda a manipular o fluxo de energia nas células solares. O projeto incorpora uma fotocélula de motor térmico que absorve fótons do sol e converte a energia dos fótons em eletricidade.

p Surpreendentemente, os pesquisadores descobriram que a fotocélula do motor de calor quântico pode regular a conversão de energia solar sem exigir feedback ativo ou mecanismos de controle adaptativos. Na tecnologia fotovoltaica convencional, que é usado em telhados e fazendas solares hoje, flutuações na energia solar devem ser suprimidas por conversores de voltagem e controladores de feedback, que reduzem drasticamente a eficiência geral.

p O objetivo das equipes da UC Riverside era projetar a fotocélula mais simples que corresponda à quantidade de energia solar do sol o mais próximo possível da demanda de energia média e suprimir as flutuações de energia para evitar o acúmulo de energia em excesso.

p Os pesquisadores compararam os dois sistemas de fotocélula de mecânica quântica mais simples:um em que a fotocélula absorveu apenas uma única cor de luz, e outra em que a fotocélula absorveu duas cores. Eles descobriram que, simplesmente incorporando dois canais de absorção de fótons, ao invés de apenas um, a regulação do fluxo de energia surge naturalmente dentro da fotocélula.

p O princípio operacional básico é que um canal absorve em um comprimento de onda para o qual a potência de entrada média é alta, enquanto o outro absorve em baixa potência. A fotocélula alterna entre alta e baixa potência para converter vários níveis de energia solar em uma saída de estado estacionário.

p Quando a equipe de Gabor aplicou esses modelos simples ao espectro solar medido na superfície da Terra, eles descobriram que a absorção de luz verde, a porção mais radiante do espectro de energia solar por unidade de comprimento de onda, não fornece nenhum benefício regulatório e, portanto, deve ser evitado. Eles otimizaram sistematicamente os parâmetros da fotocélula para reduzir as flutuações da energia solar, e descobriram que o espectro de absorção parece quase idêntico ao espectro de absorção observado em plantas verdes fotossintéticas.

p As descobertas levaram os pesquisadores a propor que a regulação natural da energia que encontraram na fotocélula do motor térmico quântico pode desempenhar um papel crítico na fotossíntese nas plantas, talvez explicando a predominância de plantas verdes na Terra.

p Outros pesquisadores descobriram recentemente que várias estruturas moleculares em plantas, incluindo moléculas de clorofila a e b, pode ser crítico na prevenção do acúmulo de excesso de energia nas plantas, o que poderia matá-los. Os pesquisadores da UC Riverside descobriram que a estrutura molecular da fotocélula do motor térmico quântico que estudaram é muito semelhante à estrutura das moléculas fotossintéticas que incorporam pares de clorofila.

p A hipótese apresentada por Gabor e sua equipe é a primeira a conectar a estrutura da mecânica quântica ao verde das plantas, e fornece um conjunto claro de testes para pesquisadores com o objetivo de verificar a regulação natural. Igualmente importante, seu projeto permite a regulação sem entrada ativa, um processo possibilitado pela estrutura da mecânica quântica da fotocélula.

p O artigo é denominado "Regulação natural do fluxo de energia em uma fotocélula quântica verde".