Células solares de estanho superam limite teórico de eficiência de 33%

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 02/10/2026

A reabsorção do calor perdido (gargalo de fônons quentes) e dos níveis de energia ocupados (preenchimento de bandas) retarda a perda de energia dos elétrons quentes.
[Imagem: Tim Faber et al. – 11 (9): 6094–6101]

Limite teórico das células solares

As teorias atuais indicam que não mais do que 33% da energia solar que incide sobre uma célula solar pode ser convertida em eletricidade.

Contrariando esse saber científico, Tim Faber e colegas da Universidade de Gronigen, nos Países Baixos, demonstraram agora, tanto teórica quanto experimentalmente, uma maneira criativa de contornar esse limite.

O truque está em tirar proveito da energia extra dos chamados elétrons quentes, elétrons que ganham uma energia extra quando são atingidos não por fótons “normais”, mas por fótons de alta energia.

Na teoria, a energia extra que esses elétrons quentes carregam poderia aumentar a tensão gerada por uma célula solar. Na prática, contudo, essa energia extra se dissipa como calor em questão de picossegundos (10^-12 segundo). “Isso significa que a energia se perde antes mesmo de o elétron quente sair do material da célula solar,” detalha o professor Jan Anton Koster.

Mas a equipe deu um jeito nisto ao conseguiu gerar um retardo na perda dos elétrons quentes como calor.

Célula solar de estanho

A demonstração foi feita em uma célula solar fabricada com um semicondutor especial da classe das perovskitas, neste caso de uma perovskita à base de estanho.

Ao medir os elétrons quentes, a equipe se deu conta de que as perdas da energia extra aconteciam na casa dos nanossegundos (10^-9 segundo), ou seja, aproximadamente 1.000 vezes mais demorada.

Uma análise detalhada do processo mostrou que esse retardo nas células solares de perovskita se deve a dois mecanismos diferentes, que se combinam para prolongar o tempo que os elétrons quentes levam para perder o excesso de energia.

Primeiro, quando a energia é perdida na forma de calor o ambiente ao redor dos elétrons fica mais quente, de modo que esse calor pode ser reabsorvido pelos elétrons, que permanecem quentes. O segundo mecanismo é um pouco mais complicado: A energia extra dos elétrons quentes pode levá-los a diversos estados excitados; a perda de energia significa que o estado excitado é reduzido a um nível de energia mais baixo em etapas discretas. No entanto, quando as diferentes etapas desse processo já estão ocupadas, o caminho até o nível de energia mais baixo torna-se mais difícil e demorado.

A equipe adverte que ainda há muitas questões que precisam de respostas, mas, em teoria, sua descoberta pode permitir a criação de células solares mais eficientes, além do limite teórico de 33%.

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