Células solares de silício ficam oito vezes mais finas - e mais baratas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/10/2023

A célula solar de silício cristalino (c-Si) de alto desempenho com 20 µm de espessura usa muito menos silício, de longe o componente mais caro de um painel solar.
[Imagem: Guanglin Xie et al. - 10.1117/1.JPE.13.035501]

Células solares finas de silício

A maioria dos painéis solares é feita com uma camada fotoativa de silício cristalino (c-Si) com uma espessura entre 160 e 170 micrômetros (µm). Como o silício sozinho representa quase metade do custo de cada painel solar, tem havido uma corrida pelo desenvolvimento de células solares de silício muito mais finas.

Infelizmente, a eficiência de conversão de luz em eletricidade das células solares de c-Si finas ainda está muito atrás da eficiência das células industriais espessas. O problema é que as melhores estratégias de projeto para células finas de c-Si conseguem maximizar apenas parâmetros individuais, como densidade de corrente de curto-circuito, tensão de circuito aberto ou fator de preenchimento. Nenhuma dessas estratégias havia conseguido otimizar simultaneamente estes parâmetros, e todos são importantes para obter uma alta eficiência.

Agora, finalmente uma equipe de pesquisadores desenvolveu uma nova abordagem que se mostrou capaz de obter melhorias notáveis de eficiência nessas células solares tão promissoras.

A conseguiu identificar as características ópticas e elétricas responsáveis pelas diferenças nas eficiências de conversão das células solares de silício cristalino espessas e finas. De posse dessa informação essencial, eles montaram uma estratégia para atuar sobre essas características.

O resultado, um avanço significativo no campo da tecnologia das células solares de silício, é uma metodologia de fabricação que oferece diversas vantagens em relação às técnicas convencionais.

Duas camadas ensanduichando o silício cristalino também foram essenciais para garantir o ganho de eficiência.
[Imagem: Guanglin Xie et al. - 10.1117/1.JPE.13.035501]

Oito vezes menos silício

Em vez de cortar os lingotes de silício, como hoje se faz para fabricar camadas espessas de c-Si, Guanglin Xie e colegas da Universidade Hangzhou Dianzi, na China, empregaram um método de transferência de camada. Eles usaram ácido fluorídrico para gravar poros em uma pastilha espessa de silício, e esta camada porosa serviu como substrato para o crescimento de uma camada de silício monocristalino de 20 µm de espessura, que pode ser facilmente destacada e transferida para um substrato flexível.

O resultado são células solares c-Si finas com uma eficiência de conversão de 21,1%, em comparação com os 16,5% anteriores, uma melhoria notável de aproximadamente 28% em comparação com a célula solar de referência. Isso coloca a eficiência das células solares finas de c-Si próxima à de suas equivalentes industriais espessas, que hoje é de 24%.

Mas o ganho em termos de custo de fabricação é enorme, considerando que as células solares de hoje têm espessuras na casa dos 160 µm, ou seja, são oito vezes mais grossas do que os protótipos fabricados e testados pela equipe.

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