Célula solar quebra recorde mundial de eficiência em luz natural

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/05/2022

Nova célula solar bateu recorde sob iluminação normal.
[Imagem: Wayne Hicks/NREL]

Recorde célula solar sob 1 sol

Pesquisadores criaram uma célula solar com uma eficiência recorde de 39,5% sob iluminação de 1 sol.

Esta é a célula solar de maior eficiência de qualquer tipo quando a eficiência é medida usando condições ambientais (1 sol) - existem vários recordes maiores, mas sempre usando iluminação artificialmente concentrada por lentes.

"A nova célula é mais eficiente e tem um design mais simples que pode ser útil para uma variedade de novas aplicações, como aplicações de área restrita ou aplicações espaciais de baixa radiação," disse Myles Steiner, do Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA.

A célula é baseada em uma arquitetura conhecida como multijunção metamórfica invertida (IMM: Inverted Metamorphic Multijunction), feita com os chamados materiais III-V, semicondutores usados para fabricar componentes que transformam eletricidade em luz (LEDs) e vice-versa (células solares). O recorde anterior nessa classe era de 37,9%, batido em 2013 pela empresa japonesa Sharp.

Célula solar de poço quântico

A melhoria na eficiência deveu-se ao progresso no campo dos chamados "poços quânticos", que envolve várias camadas muito finas para modificar as propriedades das células solares. Cada camada é feita de um material talhado para capturar e utilizar uma parte diferente do espectro solar.

A junção superior é feita de fosfeto de gálio e índio (GaInP), a do meio de arseneto de gálio (GaAs) com poços quânticos e a parte inferior é feita de arseneto de gálio-índio (GaInAs).

"Um elemento-chave é que, embora o GaAs seja um excelente material e geralmente usado em células multijunção III-V, ele não possui o bandgap correto para uma célula de três junções, o que significa que o equilíbrio de fotocorrentes entre as três células não é ideal," detalhou o pesquisador Ryan France. "Aqui, modificamos o bandgap, mantendo excelente qualidade do material usando poços quânticos, o que permitiu construir este dispositivo e potencialmente outras aplicações".

A tecnologia de tripla junção recebeu um incremento com os pontos quânticos.
[Imagem: Ryan M. France et al. - 10.1016/j.joule.2022.04.024]

Aplicações especializadas

As células solares III-V são conhecidas por sua alta eficiência, mas o processo de sua fabricação é tradicionalmente caro. Por isso, até agora, elas têm sido usadas em aplicações como satélites espaciais, veículos aéreos não tripulados e outros usos onde o custo não é um fator limitador.

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