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Cientistas copiam fotossíntese para melhorar desempenho de painéis solares

Pesquisadores da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, desenvolveram um sistema que imita o processo de fotossíntese das plantas para coletar energia solar. O novo semicondutor consegue transportar grandes quantidades luz por distâncias maiores, melhorando a eficiência de células fotovoltaicas.

Segundo os cientistas, essa nova estrutura — disposta em camadas sobre um dispositivo semelhante a um espelho — pode suportar estados híbridos de matéria leve, permitindo que a eletricidade seja levada de um ponto para outro, por trajetos muito mais longos.

“Uma das maneiras pelas quais as células solares perdem energia é nas correntes de fuga geradas na ausência de luz. Isso ocorre na parte da célula que pega os elétrons carregados negativamente e os "buracos" carregados positivamente, e os separa em uma junção entre diferentes semicondutores para criar a corrente elétrica”, explica o professor de engenharia Bin Liu, autor principal do estudo.

Imitando a natureza

Para contornar essa perda de energia, os pesquisadores criaram um sistema que copia o processo de fotossíntese aperfeiçoado há milhões de anos pelas plantas. Na natureza, as folhas possuem complexos parecidos com antenas que coletam luz nos cloroplastos, local onde os elétrons e os buracos carregados positivamente são separados para produção de açúcar.

Nos testes, novo semicondutor conseguiu transportar energia solar imitando processo de fotossíntese (Imagem: Reprodução/University of Michigan)
Nos testes, novo semicondutor conseguiu transportar energia solar imitando processo de fotossíntese (Imagem: Reprodução/University of Michigan)

No entanto, esses pares conhecidos como excitons são muito difíceis de transportar por longas distâncias em semicondutores. Esse novo dispositivo resolve esse problema, não convertendo totalmente os fótons em excitons — em vez disso, eles conseguem manter suas qualidades semelhantes à luz.

“Essa mistura fóton-elétron-buraco, conhecida como polariton, permite que a energia atravesse rapidamente distâncias relativamente grandes de 0,1 milímetro, que é ainda mais longe do que as distâncias que os excitons precisam percorrer dentro das folhas das plantas”, acrescenta Liu.

Antenas artificiais

Os cientistas criaram os polaritons colocando um semicondutor fino para absorção de luz sobre uma estrutura fotônica, parecida com um espelho convencional. Ao iluminar esse espelho, o dispositivo funciona como o complexo de antenas nos cloroplastos das plantas, coletando energia luminosa em uma área maior.

Esquema de funcionamento do novo semicondutor (Imagem: Reprodução/University of Michigan)
Esquema de funcionamento do novo semicondutor (Imagem: Reprodução/University of Michigan)

Com a ajuda de outro espelho, esse semicondutor conseguiu canalizar os polaritons para um detector, que os converteu em energia elétrica, provando que é possível transportar correntes de eletricidade por longas distâncias, sem que as perdas de eficiência sejam significativas.

“A vantagem desse arranjo é que ele tem o potencial de aumentar muito a eficiência de geração de energia das células solares convencionais, onde as regiões de coleta de luz e separação de carga coexistem na mesma área. Precisamos agora construir dispositivos que aproveitem essa transferência de energia, assim como ocorre com as plantas na natureza”, encerra o professor Bin Liu.

Fonte: Canaltech

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