O instituto alemão Fraunhofer ISE e o fabricante de equipamentos austríaco EVG tem alcançado um novo recorde de eficiência de 33,3% para uma célula solar multi-junção baseada em silício.
Eles conseguiram essa eficiência de conversão elevada com camadas finas de semicondutor de 0,002 milímetros, menos de um vigésimo de espessura de um cabelo, a partir de compostos semicondutores III-V, que foram depositados sobre uma célula solar de silício.
«A camada de material semicondutor III-V é tão fina que os custos de material não constitui um obstáculo, em última análise,» disse Frank Dimroth de Fraunhofer ISE a pv magazine. Com o sucesso alcançado agora, a Fraunhofer pretende demonstrar o potencial da tecnologia, que alcança um grau de eficiência significativamente maior em comparação com as células de silício convencionais.
Em novembro de 2016, pesquisadores alemães haviam demonstrado uma eficiência de 30,2% com o seu parceiro industrial EVG, um resultado que depois melhorou para 31,3% em março de 2017. Eles já foram capazes de melhorar significativamente a absorção de luz e a separação de carga no silício, alcançando assim o novo valor recorde.
Os pesquisadores combinaram as camadas finas de semicondutores III-V de 1,9 mícrons com silício usando um processo conhecido em microeletrônica como a ligação direta de wafers. As superfícies foram desoxidadas em uma câmara de vácuo usando um feixe de íons e depois pressionadas juntas sob pressão. Os átomos da superfície III-V formaram ligações com o silício.
A célula solar, que não possui a mesma estrutura interna complexa das células solares de silício convencionais, tem um contato frontal e traseiro simples e, como as células convencionais, pode ser integrada aos módulos solares.
«Os chamados ‘diodos túnel’ conectam internamente os três subcélulas feitas de fosfeto de índio e gálio (GaInP), arsenieto de gálio (GaAs) e silício (Si), que cobrem a gama de espectro de absorção do sol. A célula GaInP superior absorve radiação entre 300 e 670 nm. A subcélula de GaAs médio absorve radiação entre 500 e 890 nm e a subcélula de Si mais baixo entre 650 e 1180 nm «, explicaram os cientistas.
O próximo passo seria desenvolver o maquinário para futura produção em larga escala, disse Dimroth. «Até agora, precisamos de quatro horas para cobrir a área de quatro centímetros quadrados: para uma produção competitiva, precisamos ser capazes de cobrir áreas muito maiores em poucos minutos.»
Ele estima que serão necessários mais dez anos antes que a produção em massa se torne possível. No entanto, Dimroth vê um grande potencial de redução de custos. «Mesmo na produção de células solares de silício convencionais, o custo da produção em grande escala foi reduzido em um fator de 100», disse ele.
No caminho para a produção industrial, em particular, os custos da epitaxi III-V e da tecnologia de ligação teriam que ser ainda mais reduzidos.
Os resultados e o registro de eficiência foram publicados na revista «Nature Energy».
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