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A fim de converter a luz solar em eletricidade ou outras formas de energia da forma mais eficiente possível, o primeiro passo é um sistema eficiente de captação de luz. O ideal é que este seja pancromático, ou seja, absorva todo o espectro da luz visível. Tecnologia solar: O inovador sistema de captação de luz funciona de forma muito eficiente. As antenas coletoras de luz de plantas e bactérias são um modelo para isso. Eles capturam um amplo espectro de luz para fotossíntese, mas são muito complexos em estrutura e requerem muitos corantes diferentes para transmitir a energia da luz absorvida e focalizá-la em um ponto central. Os sistemas de colheita de luz desenvolvidos pelos seres humanos até à data também têm desvantagens.
Embora os semicondutores inorgânicos, como o silício, sejam pancromáticos, eles só absorvem a luz fracamente. Para absorver energia luminosa suficiente, camadas muito espessas de silício na faixa de micrômetros são, portanto, necessárias – tornando as células solares relativamente volumosas e pesadas. Os corantes orgânicos adequados para células solares são muito mais finos: sua espessura de camada é de apenas cerca de 100 nanômetros. No entanto, eles mal são capazes de absorver uma ampla faixa espectral e, portanto, não são particularmente eficientes. Camada fina absorve muita energia luminosa.
Pesquisadores da Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg, na Baviera, Alemanha, na revista Chem, apresentaram agora um sistema inovador de colheita de luz que difere significativamente dos sistemas anteriores. “Nosso sistema tem uma estrutura de banda semelhante à dos semicondutores inorgânicos. Isso significa que ele absorve a luz pancromaticamente em toda a faixa visível. E utiliza os altos coeficientes de absorção dos corantes orgânicos. Como resultado, ele pode absorver uma grande quantidade de energia luminosa em uma camada relativamente fina, semelhante aos sistemas naturais de captação de luz”, diz o professor de química da JMU, Frank Würthner.
Sua equipe do Instituto de Química Orgânica / Centro de Química de Nanossistemas projetou o sistema de colheita de luz na JMU e o investigou junto com o grupo do professor Tobias Brixner do Instituto de Física e Química Teórica. Quatro corantes em um arranjo engenhoso. Simplificando, a inovadora antena de captação de luz de Würzburg consiste em quatro corantes de merocianina diferentes que são dobrados e, portanto, empilhados juntos. A disposição elaborada das moléculas permite o transporte de energia ultrarrápido e eficiente dentro da antena.
Os pesquisadores deram ao protótipo do novo sistema de colheita de luz o nome URPB. As letras representam os comprimentos de onda de luz que são absorvidos pelos quatro componentes corantes da antena: U para ultravioleta, R para vermelho, P para roxo, B para azul. Desempenho comprovado via fluorescência Os pesquisadores demonstraram que seu novo sistema de coleta de luz funciona tão bem medindo o chamado rendimento quântico de fluorescência. Isso envolve medir quanta energia o sistema emite na forma de fluorescência.
Isso permite tirar conclusões sobre a quantidade de energia luminosa que ele coletou anteriormente. O resultado: o sistema converte 38% da energia luminosa irradiada em uma ampla faixa espectral em fluorescência – os quatro corantes sozinhos, por outro lado, gerenciam menos de um por cento a um máximo de três por cento. A combinação certa e o arranjo espacial hábil das moléculas de corante na pilha, portanto, fazem uma grande diferença.