Íons permitem aumentar eficiência de células solares

Rui Sintra, da Assessoria de Comunicação do IFSC
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Estudo recebeu o Prêmio Vale-Capes de Ciência e Sustentabilidade 2014

A tese de doutorado desenvolvida pela pós-doutoranda do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP, Idelma Aparecida Alves Terra, que foca a elucidação dos processos de transferência de energia entre íons lantanídeos, mostrou um grande potencial para aplicação, visando o aumento da eficiência de foto-conversão de energia das células solares. O estudo recebeu o Prêmio Vale-Capes de Ciência e Sustentabilidade 2014, anunciado em março. A tese, intitulada Investigação espectroscópica e estudo dos processos de conversão de energia em vidros e nano-cristais co-dopados com íons Tb³+ e Yb³+, foi orientada pelo professor Luiz Antônio de Oliveira Nunes e coorientada pela professora Maria Cristina Terrile, do IFSC. O trabalho teve início no Programa de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia de Materiais da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP.

As células solares absorvem e convertem a luz do sol em energia elétrica, que pode ser aproveitada, por exemplo, na utilização do chuveiro, de lâmpadas ou de outros equipamentos elétricos. Porém, Idelma explica que a maior parte das células solares presente no mercado é feita de silício cristalino, e que uma grande desvantagem é o alto custo do KWh produzido, justamente devido à sua baixa eficiência de foto-conversão, que atualmente é da ordem de 15%.

A eficiência reduzida ocorre pois o máximo da irradiância solar está localizado no visível, ao redor de 500 nanômetros (nm), e o máximo de resposta da célula solar de silício no infravermelho em 1000 nm. Este deslocamento espectral entre o espectro solar e o gap óptico do silício cristalino é a maior causa da baixa eficiência destes dispositivos.

Eficiência
Mas, como aumentar a eficiência dessa célula solar? Sabendo que o efeito de foto-conversão das células solares de silício cristalino é mais eficiente na região do infravermelho, e que o sol não emite tanto nesta região, Idelma estudou pares de íons capazes de absorver luz na região do visível e converter para a região do infravermelho, sendo eles o Térbio e Itérbio, Praseodímio e Itérbio, e Neodímio e Itérbio.

Estes pares de íons foram inseridos em materiais hospedeiros, tais como vidros e nanocristais, os quais podem ser colocados na frente de uma célula solar, aumentando a quantidade de luz infravermelha que chega até a mesma e, consequentemente, elevando o nível de foto-corrente gerada. “Essa luz que seria perdida é convertida pelo material estudado, podendo ser absorvida, aumentando a eficiência de geração de energia elétrica em até 30%”, explica a pesquisadora do IFSC.

Além de poder ser utilizada em termos domésticos, a metodologia também pode ser aproveitada pelas indústrias. Idelma destaca a falta de aplicação dessa energia limpa em nosso País, que tem grande potencial para gerar energia solar. “Os principais países produtores de energia solar, curiosamente, estão situados em latitudes médias e altas: Alemanha, Japão, Estados Unidos, China e Espanha. Interessantemente, o Brasil possui uma irradiação solar 30% maior do que os países mencionados. Este fato viabiliza a utilização da energia solar por aqui, permitindo levar energia elétrica a lugares onde, por exemplo, não têm condições para se criar uma usina hidrelétrica”, conclui a pesquisadora.

No mês de março, foram anunciadas as teses vencedoras do Prêmio Vale-Capes de Ciência e Sustentabilidade 2014, em que a tese de Idelma Terra foi premiada na categoria “Processos eficientes para redução do consumo de água e de energia”. O prêmio inclui uma bolsa para realização de estágio pós-doutoral em instituição nacional ou internacional, durante três anos, além de R$ 15 mil. A cerimônia de entrega do prêmio deverá ocorrer no final de abril, em Brasília (Distrito Federal).

Foto: George Campos / USP Imagens

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