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Engenheiros elevam o calcogeneto de antimônio a 10,7% de eficiência certificada, consolidam um recorde mundial e apontam para painéis mais baratos, janelas solares transparentes e eletrônicos internos autossuficientes.
Engenheiros da Universidade de Nova Gales do Sul (UNSW) deram um passo decisivo na corrida por novas células solares ao estabelecer um recorde mundial de eficiência para o calcogeneto de antimônio, um material emergente para energia fotovoltaica. Em laboratório, a nova célula atingiu 11,02 por cento de eficiência, com 10,7 por cento certificados de forma independente, o melhor desempenho já registrado para esse composto em qualquer lugar do mundo.
A conquista não se resume ao número. Além de entrar pela primeira vez nas Tabelas Internacionais de Eficiência de Células Solares, o trabalho mostra que engenheiros conseguiram entender o mecanismo químico que limitava o material desde 2020, abrindo espaço para melhorias adicionais e para aplicações que vão de células tandem em painéis até janelas que geram energia e dispositivos internos alimentados pela própria luz ambiente.
Como os engenheiros chegaram ao recorde de 10,7 por cento
A equipe liderada pela professora Xiaojing Hao, da Escola de Engenharia Fotovoltaica e de Energias Renováveis da UNSW, vinha explorando o calcogeneto de antimônio como candidato a célula superior em arquiteturas tandem com silício.
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Pesquisadores no mundo todo buscam esse tipo de combinação, em que duas ou mais células solares são empilhadas, cada uma absorvendo uma faixa diferente do espectro solar para extrair mais eletricidade do mesmo raio de sol.
Os engenheiros da UNSW identificaram que o calcogeneto de antimônio reunia características promissoras, mas esbarrava em uma barreira de eficiência que não passava de 10 por cento desde 2020.
O novo estudo publicado em Nature Energy mostra como essa barreira foi superada e por que o material, antes visto com ceticismo, volta ao centro das conversas sobre tecnologia solar de próxima geração.
Por que o calcogeneto de antimônio empolga os engenheiros solares
O calcogeneto de antimônio oferece um pacote de vantagens que chama a atenção dos engenheiros que trabalham com fotovoltaica. Ele é formado por elementos abundantes e relativamente baratos, o que reduz a dependência de metais raros e caros presentes em alguns materiais solares de alto desempenho.
Além disso, é um material inorgânico, o que traz maior estabilidade ao longo do tempo em comparação com certas tecnologias mais recentes que podem se degradar com facilidade. Outro ponto decisivo é o alto coeficiente de absorção de luz.
Uma camada de apenas cerca de 300 nanômetros de espessura, algo como um milésimo da espessura de um fio de cabelo humano, já é suficiente para capturar luz solar com eficiência.
Os engenheiros destacam ainda que o material pode ser depositado em baixas temperaturas, o que reduz o consumo de energia na fabricação e facilita a produção em larga escala com custo potencialmente menor.
A barreira de energia que travava a eficiência
Mesmo com tantas qualidades, o desempenho do calcogeneto de antimônio vinha estagnado. Na nova pesquisa, os engenheiros da UNSW descobriram que o problema estava na distribuição desigual dos elementos enxofre e selênio durante a produção da camada absorvedora.
Essa distribuição desbalanceada criava uma barreira de energia dentro do material, dificultando a passagem da carga elétrica gerada pela luz solar até os contatos da célula.
O primeiro autor do estudo, Dr. Chen Qian, compara a situação a dirigir um carro em uma subida íngreme: é preciso gastar muito mais combustível para chegar ao mesmo ponto do que seria necessário em uma estrada plana.
Quando a distribuição interna dos elementos se torna mais uniforme, a carga consegue se mover com muito mais facilidade pelo absorvedor, evitando que elétrons fiquem presos e aumentando a fração de luz solar convertida em eletricidade útil.
A solução química que destravou o potencial do material
A solução encontrada pelos engenheiros foi relativamente simples do ponto de vista de processo, mas poderosa em resultado. Eles adicionaram uma pequena quantidade de sulfeto de sódio durante a fabricação, estabilizando as reações químicas que formam a camada que absorve a luz solar.
Esse ajuste fino permitiu controlar melhor a composição local de enxofre e selênio, reduzindo a tal barreira de energia que estrangulava o fluxo de carga.
O resultado foi uma célula de calcogeneto de antimônio que atingiu 11,02 por cento de eficiência de conversão de energia em laboratório, com 10,7 por cento certificados pela CSIRO, um dos nove centros de medição fotovoltaica independentes reconhecidos internacionalmente.
Para os engenheiros envolvidos, o ganho de eficiência é significativo por si só, mas o mais importante é que agora existe um caminho claro para novas melhorias, apoiado em compreensão química, e não apenas em tentativas empíricas.
Janelas solares e dispositivos internos autossuficientes
As implicações vão além de futuros painéis solares em tandem. Devido à espessura ultrafina, semitransparência e alta bifacialidade de cerca de 0,86, o calcogeneto de antimônio se mostra especialmente interessante para janelas solares transparentes, capazes de gerar energia sem bloquear completamente a visão.
Uma empresa derivada chamada Sydney Solar já trabalha para escalar a produção de uma espécie de “adesivo solar” para janelas, explorando justamente essa combinação de fina espessura, transparência parcial e boa resposta à luz.
Nesse cenário, engenheiros vislumbram fachadas inteiras de edifícios contribuindo para a geração de eletricidade, sem alterar radicalmente a estética das cidades.
Outra frente promissora está em aplicações solares internas. A chamada banda proibida do material se ajusta bem ao espectro de luz artificial encontrado em ambientes fechados.
Isso torna o calcogeneto de antimônio um forte candidato para alimentar crachás inteligentes, telas de papel eletrônico, sensores autossuficientes e dispositivos conectados à internet, em que segurança, estabilidade e desempenho em baixa luminosidade são mais críticos do que a eficiência máxima ao sol.
Próximo alvo dos engenheiros: chegar a 12 por cento
Apesar do recorde, os engenheiros da UNSW reconhecem que ainda há trabalho a fazer. O próximo passo é reduzir os defeitos internos do material por meio de processos de passivação, tratamentos químicos que neutralizam imperfeições que roubam carga e derrubam a eficiência.
O Dr. Qian afirma que a equipe considera realista mirar eficiências em torno de 12 por cento em um futuro próximo, atacando os desafios remanescentes de forma incremental.
Para os engenheiros envolvidos, cada fração de ponto percentual conquistada significa mais potência em menos área, mais competitividade frente a outras tecnologias e mais opções para arquiteturas híbridas com silício e aplicações especiais.
Enquanto isso, o calcogeneto de antimônio deixa de ser apenas um nome em artigos acadêmicos e passa a figurar entre os candidatos reais a compor a próxima geração de células solares, em painéis, janelas, dispositivos de internet das coisas e eletrônicos que quase não precisam de recarga.
Sabendo que engenheiros já conseguem extrair 10,7 por cento de eficiência desse material emergente, você se anima mais com a ideia de janelas gerando energia em casa ou com dispositivos internos funcionando sozinhos, só com a luz do ambiente?
Ojalá consigan mas eficiencia y se pueda masificar