Pesquisadores da Universidade de Groningen identificaram os mecanismos físicos que retardam o resfriamento de elétrons quentes em perovskitas de haleto metálico à base de estanho, prolongando a retenção de energia por um período até mil vezes superior ao verificado em semicondutores comuns. A descoberta fornece os fundamentos teóricos para viabilizar células solares de portadores quentes, dispositivos projetados para ultrapassar o limite padrão de conversão energética.
O anúncio institucional da universidade ocorreu em 17 de setembro de 2026, detalhando a pesquisa conduzida por equipes de física experimental e computacional. O estudo foi publicado originalmente na revista acadêmica ACS Energy Letters em 17 de agosto de 2026, com divulgação formal no volume 11, fascículo 9 da publicação em 11 de setembro de 2026. A comprovação de que o calor residual pode ser mantido por nanossegundos antes de se dissipar altera modelos aplicados ao setor fotovoltaico.
Continue lendo: O que fazer para diminuir a conta de luz
Perovskita de estanho e os dados centrais da pesquisa acadêmica
- Instituição responsável: Universidade de Groningen, localizada na Holanda
- Publicação científica: revista ACS Energy Letters, volume 11, fascículo 9
- Escala temporal observada: retenção de energia em 10^-9 segundo na perovskita de estanho, contra 10^-12 segundo em materiais convencionais
- Potencial teórico: superação da barreira de 33% e alcance estimado em até 66% de eficiência sob iluminação solar padrão
Universidade de Groningen mapeia gargalo térmico e efeito Burstein-Moss
Em células solares comuns, a absorção de fótons de alta energia gera elétrons quentes que perdem o excesso de carga quase instantaneamente em choques com a rede atômica do semicondutor. Esse esfriamento habitual ocorre em picossegundos, ou seja, na escala de 10^-12 segundo. “Isso significa que a energia se perde antes mesmo de o elétron quente sair do material da célula solar”, afirmou o professor Jan Anton Koster, da Universidade de Groningen e autor correspondente do projeto, em declaração traduzida livremente.
Saiba mais: Meteorito de 1724 traz novas descobertas sobre condutividade térmica e ciência de materiais
A investigação revelou que a retenção do calor na perovskita de estanho se estende pela faixa de nanossegundos, que corresponde a 10^-9 segundo. A desaceleração decorre da atuação combinada de dois fenômenos físicos específicos da estrutura cristalina. O primeiro deles é o chamado gargalo de fônons quentes, processo no qual o calor liberado momentaneamente aquece a vizinhança imediata dos elétrons, permitindo que as partículas reabsorvam a vibração térmica e continuem em estado energético elevado.
O segundo mecanismo identificado foi o preenchimento de bandas, formalmente chamado na física dos sólidos de efeito Burstein-Moss. Conforme a energia dos elétrons quentes os desloca para estados excitados transitórios, a perda de calor passa a exigir a descida para degraus de menor energia em etapas discretas. Como os níveis inferiores rapidamente ficam preenchidos por outras cargas, o retorno para a base se torna bloqueado, criando uma barreira de tráfego atômico que atrasa a perda da carga elétrica residual.
Simulações computacionais de Monte Carlo validaram dados de laboratório
As primeiras medições experimentais sobre a lentidão atípica do resfriamento haviam sido registradas pelo grupo liderado por Maria Antonietta Loi, professora titular de Fotofísica e Optoeletrônica da Universidade de Groningen. A constatação inicial causou surpresa e levou a equipe a questionar os instrumentos de bancada diante da diferença drástica em relação aos materiais de silício convencionais.
“As medições eram claras, mas não compreendíamos a física por trás disso”, relatou Jan Anton Koster, professor de Física de Novos Semicondutores e Dispositivos, em tradução livre. “Nós até começamos a duvidar das medições nós mesmos”, complementou o docente sobre o ceticismo que cercou a fase preliminar das análises.
Confira também: Pesquisa avalia capacidade do Sol de gerar superexplosão contra a Terra
A validação definitiva veio a partir de simulações numéricas pelo método de Monte Carlo estruturadas por Tim Faber, pesquisador doutorando do Instituto Zernike para Materiais Avançados da Universidade de Groningen e primeiro autor do artigo científico, ao lado do professor Koster. Quando as equações computacionais incorporaram a reabsorção de fônons e a saturação dos estados das bandas quânticas, as curvas virtuais coincidiram com a realidade de bancada. “Quando adicionamos esse processo à simulação também, vimos que a perda de energia agora estava na faixa dos nanossegundos, como observado nos experimentos de Loi”, disse Koster, em tradução livre.
Limite de Shockley-Queisser de 1961 e a meta dos 66% de rendimento
O padrão que baliza a indústria fotovoltaica mundial é o limite de Shockley-Queisser, formulado no ano de 1961 pelos físicos William Shockley e Hans-Juergen Queisser. O cálculo termodinâmico determinou que células solares convencionais de junção única não conseguem converter mais de aproximadamente 33% da luz solar incidente em eletricidade utilizável. O principal responsável por essa limitação é justamente a perda de calor imediata gerada pelos fótons que carregam energias superiores ao intervalo de banda do silício.
Projetos de células solares de portadores quentes tentam extrair essas cargas antes de sua dissipação, o que permite elevar a tensão de saída do módulo gerador. Em termos teóricos, materiais capazes de sustentar elétrons quentes até sua coleta externa poderiam alcançar um teto máximo de eficiência de cerca de 66% sob iluminação solar padrão. As perovskitas de estanho ganham relevância nesse campo por serem alternativas não tóxicas e sustentáveis em comparação às perovskitas compostas por chumbo, apresentando ainda a vantagem física de uma baixa massa efetiva de elétrons.
Veja também: Tempestade solar G1 pode atingir a Terra nesta sexta-feira
Desafios de durabilidade das perovskitas de estanho em escala contínua
Apesar da comprovação teórica e laboratorial dos nanossegundos de retenção, o estudo da Universidade de Groningen não representa a entrega de um painel solar comercial finalizado. Os pesquisadores frisaram que o experimento explicou o comportamento interno da matéria, servindo como modelo de engenharia para futuros dispositivos que pretendam capturar a tensão extra.
A viabilidade econômica e a durabilidade de longo prazo de células fotovoltaicas funcionais feitas com perovskita de estanho ainda não estão confirmadas. O material precisará passar por novos testes práticos para demonstrar sua capacidade de operar de maneira estável em escala industrial, resistindo à degradação sob radiação luminosa contínua e variações ambientais nas próximas etapas de pesquisa aplicada.