Pesquisadores fazem avanço crítico nas células solares

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Os pesquisadores chegaram a um marco fundamental na fabricação de células solares, ajudando a preparar o caminho para a energia solar competir directamente com a electricidade gerada por fontes de energia convencionais.

Liderada pelo Department of Energy’s National Renewable Energy Laboratory dos Estados Unidos e em colaboração com a Washington State University e a University of Tennessee, os pesquisadores melhoraram a tensão máxima disponível a partir de uma célula solar de cádmio telluride (CdTe), ultrapassando um limite prático que tem sido perseguido há seis décadas e é fundamental para melhorar a sua eficiência. O trabalho foi publicado na edição de 29 de Fevereiro da Nature Energy.

Células solares de silício actualmente representam 90% do mercado de células solares, e será difícil reduzir significativamente seus custos de produção. Células solares de CdTe oferecem uma alternativa de baixo custo. Elas têm a menor pegada ecológica entre todas as tecnologias solares e melhor desempenho do que o silício em condições do mundo real, incluindo em clima quente e húmido e sob condições de pouca luz. No entanto, até recentemente, as células CdTe não eram tão eficientes quanto as células baseados em silício.

Uma área-chave onde CdTe tem desempenho inferior era a tensão máxima disponível a partir da célula solar, chamada de tensão de circuito aberto. Limitados pela qualidade dos materiais CdTe, pesquisadores nos últimos 60 anos não foram capazes de chegar a mais de 900 milivolts através do material, o que foi considerado o seu limite prático.

A equipa de pesquisa melhorou a tensão de célula, afastando-se de uma etapa de processamento de padrão utilizando cloreto de cádmio. Em vez disso, eles colocaram um pequeno número de átomos de fósforo junto com a treliça de telúrio e então cuidadosamente formaram uniões ideais entre os materiais com espaçamento atómico diferente para completar a célula solar. Esta abordagem melhorou a condutividade da CdTe e o tempo de vida do condutor através da magnitude, permitindo a fabricação de células solares de CdTe com uma tensão de circuito aberto, quebrando a barreira de 1 volt pela primeira vez. A inovação estabelece novos caminhos para a pesquisa de células solares para se tornar mais eficiente e fornecer electricidade a um custo menor do que os combustíveis fósseis.

Os pesquisadores do NREL trataram os cristais, construíram e caracterizam as células solares, enquanto pesquisadores da WSU, incluindo Santosh Swain e Tursun Ablekim, desenvolveram o material de cristal utilizado nas células. Os pesquisadores da WSU fizeram crescer os seus cristais através de uma técnica chamada crescimento  por derretimento, o que permite um controlo preciso sobre a pureza e composição. A pureza é extremamente crítica para o processo, então os pesquisadores misturaram, prepararam e selaram a vácuo os materiais numa sala limpa segundo o padrão da indústria. Depois sintetizaram o cristal num forno a mais de 1100 graus ° C e em seguida arrefeceram-no de baixo para cima a uma taxa de cerca de um milímetro por hora. Por fim os pesquisadores cortaram os cristais e poliram-nos para os tornar em células solares.

Apesar os pesquisadores terem melhorado as células de silício quase até ao seu limite teórico, há espaço significativo para a melhoria da eficiência de Telureto de cádmio, que pode ainda ser melhorado provavelmente por mais 30%, disse Lynn.

[PHYS.org]

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