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Um Novo Caminho para Melhorar a Conversão da Luz em Energia

30/04/2021

Um Novo Caminho para Melhorar a Conversão da Luz em Energia

Cientistas no mundo todo têm se engajado na busca por novas formas de obter energia limpa e de melhorar a eficiência dos processos que já conhecemos, como o da captação e conversão da luz solar por geradores fotovoltaicos. Na verdade, a dificuldade no aprimoramento dos processos em parte existe porque não se conhece a fundo a dinâmica da conversão de fótons para carga.

Felizmente, um grupo de cientistas do Laboratório Nacional de Berkeley, nos Estados Unidos, do centro de pesquisa Desy e da Universidade Técnica Freiberg, ambos da Alemanha, se debruçou sobre o assunto e chegou a uma descoberta importante com a ajuda de um sistema de laser de elétrons. A pesquisa, divulgada em artigo na revista Nature Communications, revelou a existência de uma nova rota oculta geradora de carga que pode ajudar pesquisadores a desenvolver formas mais eficientes de converter a luz solar em eletricidade ou em combustíveis solares como o hidrogênio.

Confira, tecnicamente, como foi conduzido o estudo:

  1. Os pesquisadores conseguiram brilhar flashes de laser ultracurtos e raios-X no composto molecular ftalalocianina de cobre:fulereno (CuPc:C60) com uma resolução temporal de 290 femtosegundos (290 quadrilhões de segundo). Cabe explicar aqui que o CuPc:C60 é um material utilizado já há algum tempo para estudar os mecanismos de geração de carga.
  2. O uso combinado de uma técnica chamada espectroscopia de fotomissão de raios-X (TRXPS) permitiu aos pesquisadores observar e contar em tempo real quantos fótons infravermelhos absorvidos por CuPc:C60 formaram cargas separadas úteis, e quantos dos fótons absorvidos só levaram ao aquecimento do material.
  3. Observou-se, então, um caminho desconhecido em CuPc:C60 que transforma até 22% dos fótons infravermelhos absorvidos em cargas separadas.

A descoberta revela o importante papel da separação de cargas no processo de conversão e sinaliza para a possibilidade de novas opções de coleta de luz (quando a energia solar é capturada e a energia absorvida transferida através de uma rede de moléculas) em heterojunções orgânicas.

No passado, já foram realizados estudos de CuPc:C60 para avaliar a eficiência do sistema medindo a quantidade total de cargas ou hidrogênio ou oxigênio produzido ao usar o material em um dispositivo fotovoltaico. Tratava-se de uma abordagem limitada para medir a eficiência e não revelava o que acontecia de fato no meio do sistema, o que foi agora realizado pela pesquisa. O esforço em entender a dinâmica ultrarrápida da conversão de fótons para carga é primordial para otimizar novos sistemas de coleta de luz.

São pesquisas como essa que nos dão a esperança de termos, num futuro próximo, tecnologias mais potentes para nos ajudar, com a energia solar, na construção de um planeta mais limpo e sustentável.

 

Fonte: Fotovolt

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