Sistema inovador de captação de luz imita a natureza e melhora a eficiência solar

São PauloCientistas da Universidade Julius-Maximilians de Würzburg (JMU) desenvolveram um novo sistema de colheita de luz. Esse sistema é altamente eficiente e capaz de capturar luz de todo o espectro visível, de forma semelhante ao que ocorre em plantas e bactérias.

Sistemas tradicionais de captura de luz apresentam várias limitações:

• Semicondutores inorgânicos, como o silício, absorvem luz de forma fraca, necessitando de camadas espessas.
• Corantes orgânicos, que são mais eficientes e demandam camadas muito mais finas, não cobrem um espectro amplo.

O novo sistema da JMU combina características de semicondutores inorgânicos e corantes orgânicos. Ele possui uma estrutura de bandas semelhante aos semicondutores inorgânicos, permitindo a absorção de luz em todo o espectro visível. Além disso, se beneficia da alta capacidade dos corantes orgânicos de captar luz. Como resultado, esse sistema pode capturar uma grande quantidade de energia luminosa em uma camada fina.

Principais características do novo sistema:

• Utiliza quatro diferentes corantes de merocianina.
• Os corantes são dobrados e empilhados de forma compacta.
• Esse arranjo proporciona transporte de energia ultra-rápido e eficiente dentro da antena.

O protótipo é denominado URPB, sigla que corresponde às quatro componentes de cor absorvidas por seus corantes: ultravioleta (U), vermelho (R), púrpura (P) e azul (B). Esse novo design permite que o sistema capture luz de um espectro amplo, diferentemente dos métodos tradicionais que apresentam várias limitações.

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Pesquisadores testaram seu novo sistema de coleta de luz usando um método chamado rendimento quântico de fluorescência. Essa técnica mede a quantidade de energia que o sistema emite como luz, indicando o quanto de energia luminosa foi captada.

O novo sistema converte 38% da luz recebida em fluorescência em uma ampla gama de cores. Isso é muito superior aos menos de 1% a 3% que corantes individuais conseguem alcançar. Esta melhoria demonstra que a forma como as moléculas de corante estão arranjadas e combinadas neste novo sistema é extremamente eficaz na coleta de luz.

O pesquisador Frank Würthner e sua equipe do Instituto de Química Orgânica/Centro de Química de Nanosistemas da Universidade de Würzburg criaram um novo sistema de captação de luz. Eles colaboraram com o grupo do Professor Tobias Brixner do Instituto de Química Física e Teórica para estudar e testar o sistema.

A equipe da JMU encontrou uma solução para os problemas comuns nos sistemas atuais de energia solar. Eles combinaram os melhores aspectos dos materiais inorgânicos e orgânicos para criar um sistema mais eficiente. Esse novo sistema pode tornar as células solares mais leves e eficazes, revolucionando a forma como utilizamos a energia solar.