Explorar o espectro visível

O dias nublados são inimigos da energia solar. A maioria das células fotovoltaicas reage apenas a uma parcela estreita do espectro electromagnético - e é exactamente essa porção do espectro que as nuvens tendem a bloquear. O problema pode ser resolvido com camadas de diferentes materiais (sensíveis às diferentes parcelas do espectro), porém, isso encarece grandemente as células.

Uma equipa da Ohio State University, liderada pelo químico Malcolm Chisholm, adoptou uma abordagem substancialmente diferente. Eles doparam um polímero normalmente utilizado em semicondutores — denominado oligotiofeno — com átomos de molibdénio e tungsténio. O resultado foi um material que gera energia quando exposto à radiação de comprimento de onda de 300 nm (ultravioleta) a 1000 nm (infravermelho). As células tradicionais, feitas à base de silício, ao contrário, respondem melhor a partir de 600 nm (cor-de-laranja) até 900 nm (vermelho-escuro). O novo polímero pode trabalhar numa faixa bastante mais alargada dado que apresenta propriedades de fluorescência e fosforescência.

A maioria dos materiais de células solares manifesta apenas fluorescência; a radiação solar visível incide no colector e excita os electrões a estados de energia elevados, fazendo-os retornar ao estado fundamental, emitindo luz. Geralmente, a fluorescência não é visível dado que o comprimento de onda da luz emitida corresponde a radiação infravermelha, ou então simplesmente porque a luz é fraca demais para ser vista à luz do dia. Alguns projectos de células solares reutilizam essa radiação libertada para aumentar a sua eficiência. Contudo, alguns electrões são de tal forma excitados que deixam de estar sob a influência do núcleo atómico que orbitam. São esses electrões que estão na base da corrente eléctrica gerada.

Molibdénio

No entanto, esses electrões não ficam livres por muito tempo — apenas trilionésimos de segundo. Eles podem voltar ao seu estado fundamental ainda antes de serem utilizados para produzir corrente eléctrica. Essa é uma das principais razões pelas quais uma célula solar não funciona com 100 % de eficácia.

O polímero que a equipa da Ohio State University desenvolveu apresenta também fosforescência, como alguns brinquedos que brilham no escuro. No fenómeno de fosforescência, os electrões mantêm a sua energia por muito mais tempo que na fluorescência e, assim, permanecem livres por mais tempo.

Tungsténio

Esse resultado é devido à dopagem que o material foi alvo. O tungsténio e o molibdénio são átomos metálicos que possuem muitos electrões disponíveis na banda de condução (em comparação com os electrões disponíveis somente no polímero). Além disso, as configurações electrónicas dos metais permitem que os electrões permaneçam por muito mais tempo fora da influência do núcleo atómico.

Baseado na revista Scientific American Brasil de Fevereiro de 2009.