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Energia

Célula fotovoltaica de silício negro supera o limite de 100% de eficiência

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/08/2020

Célula fotovoltaica de silício negro supera o limite de 100% de eficiência
As nanoestruturas da célula solar induzem um fenômeno conhecido como multiplicação de cargas.
[Imagem: Wisa Förbom]

Célula solar com 130% de eficiência

Pela primeira vez, uma célula fotovoltaica excedeu o limite de 100% de eficiência, que antes era considerado o máximo teórico em termos de eficiência quântica externa.

Trata-se de um fotodetector feito com silício negro, que atingiu eficiência acima de 130%.

A eficiência quântica externa de um dispositivo é de 100% quando um fóton que entra gera um elétron para o circuito externo - uma eficiência de 130% significa que um fóton que entra gera aproximadamente 1,3 elétrons.

"Quando vimos os resultados, mal podíamos acreditar em nossos olhos. Imediatamente quisemos verificar os resultados por medições independentes," contou a professora Hele Savin, da Universidade Aalto, na Finlândia. As aferições independentes foram realizadas pela Agência Nacional de Metrologia da Alemanha (PTB).

"Depois de ver os resultados, percebi imediatamente que este é um avanço significativo e, ao mesmo tempo, um avanço muito bem-vindo para nós, metrologistas que sonhamos com sensitividades mais altas," disse Lutz Werner, responsável pelas medições.

Célula fotovoltaica de silício negro supera o limite de 100% de eficiência
O uso dessas nanoestruturas poderá ajudar a melhorar praticamente todos os dispositivos fotônicos.
[Imagem: M. Garin et al. (2020)]

Eficiência quântica

A equipe descobriu que a origem da eficiência quântica externa excepcionalmente alta está no processo de multiplicação dos portadores de carga dentro das nanoestruturas de silício negro, processo esse que é induzido por fótons de alta energia. O fenômeno nunca havia sido observado antes em dispositivos reais, uma vez que a presença de perdas elétricas e ópticas nos materiais normalmente reduz o número de elétrons coletados.

Na prática, a eficiência recorde significa que o desempenho de qualquer dispositivo que utilize detecção de luz pode ser drasticamente melhorado - de sensores de fótons individuais para computação quântica até células solares.

"Nossos detectores estão ganhando muita atração no momento, especialmente em biotecnologia e monitoramento de processos industriais," contou o professor Mikko Juntunen, que está liderando o esforço para criar uma empresa subsidiária da Universidade Aalto para comercializar as novas células fotovoltaicas.

Bibliografia:

Artigo: Black-silicon ultraviolet photodiodes achieve external quantum efficiency above 130%
Autores: M. Garin, J. Heinonen, L. Werner, T. P. Pasanen, V. Vähänissi, A. Haarahiltunen, M. Juntunen, H. Savin
Revista: Physical Review Letters
Link: https://arxiv.org/abs/1907.13397





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