A fotoluminescência é a propriedade que alguns elementos químicos possuem para armazenar energia quando expostos a fontes luminosas e posteriormente emiti-la na ausência de luz. Materiais com essa característica possuem diversas aplicações, desde seu uso na fabricação de placas de segurança, embalagens, até o rastreamento de um fármaco dentro de um animal.

Nesse contexto, o professor do Instituto de Química da USP, Lucas Rodrigues, coordena um laboratório criado há apenas dois anos, que busca utilizar os conceitos da fotoluminescência para ampliar o rendimento da captação de energia em células solares.

“Somente uma faixa pequena da energia que o Sol emite para a Terra é aproveitada na célula solar. A ideia é colocar compostos em cima da célula solar que convertam essas energias que estão sobrando para que ela seja mais eficiente”, explica o professor.

Tanto a energia em infravermelho (muito baixa) quanto a em ultravioleta (muito alta) são desperdiçadas pela célula. O intuito da pesquisa é desenvolver novos materiais luminescentes de alta eficiência e aplicá-los em conversores solares, otimizando o processo e diminuindo o custo. Dessa forma, parte dessa radiação infravermelha e ultravioleta é recuperada, o que resulta em um menor número de placas solares necessárias para gerar a mesma quantidade de energia.

As radiações infravermelha e ultravioleta aparecem nos limites do espectro de luz visível. Ambas podem ser recuperadas pelas células solares através da utilização de materiais fotoluminescentes. / fonte: reprodução

As células solares utilizadas nos experimentos são as disponíveis no mercado: “Não altero nada da célula solar, porque a ideia é aproveitar toda a estrutura que já existe dela, só colocando um algo a mais, para melhorar sua eficiência”. Lucas explica que seu trabalho não está relacionado com o processo da conversão da energia, mas, sim, com a aplicação de materiais na tentativa de aproveitar melhor essa luz.

Os compostos utilizados na busca por esse aumento na eficiência das células são os metais terras-raras, que constituem um grupo considerável de elementos químicos presentes na tabela periódica. Trata-se de metais extremamente abundantes no Brasil, porém, sua exploração ainda é limitada.

A pesquisa com essa geração de materiais mostra-se recente, sendo iniciada apenas a partir de 1996. Compostos que possuem os íons terras-raras são fotoluminescentes e o objetivo é que eles possam realizar a conversão da energia alta em mais baixa e da energia baixa em mais alta, aumentando a eficiência da célula solar.

Primeiros Testes

Na Escola Politécnica da USP, foi realizado, no início de setembro, o primeiro teste prático envolvendo essa linha de pesquisa. Um metal terra-rara foi depositado em um vidro e colocado em cima de uma célula solar. Observou-se, então, a variação da eficiência, porém os resultados não obtiveram sucesso. Foi necessário colocar um filtro em cima da célula para refletir a luz, que estava se dissipando. “No geral, diminuiu um pouquinho da energia da célula, porque ela não tem esse filtro. A ideia agora é otimizar o filtro para melhorá-la toda”, conta o professor.

Mesmo assim, ao comparar as duas células, a que possuía somente o filtro e a célula com o filtro e o composto sintetizado, foi possível identificar um aumento de 20% na eficiência da captação de energia solar.

O intuito agora é justamente trabalhar no material e buscar otimizá-lo para melhorar sua aplicação: “Primeiro queríamos ver se ia dar certo, se o material era eficiente, agora a gente vai trabalhar para deixá-lo mais estável, alterando morfologia, forma. De qualquer maneira foi um ganho considerável de eficiência para um teste inicial”.