O arseneto de gálio (GaAs) e outros materiais III-V, nomeados de acordo com os grupos a que pertencem na tabela periódica, estão entre os mais conhecidos em termos de potencial de eficiência para células solares. Mas o custo até agora limitou-os a aplicativos que acionam satélites e drones.
No ano passado, cientistas do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) nos Estados Unidos começaram a trabalhar com um processo chamado epitaxia de fase de vapor de hidreto dinâmico (D-HVPE), que muitos na comunidade solar da P & D consideram obsoleto e ineficiente, e descobriram que isso poderia reduzir muito o tempo de produção das células, reduzindo significativamente os custos. De acordo com Kelsey Horowitz, do NREL Strategic Energy Analysis Center, com mais otimizações para o processo e economias de escala, o custo de produção das células solares III-V poderia cair entre US $ 0,20 e US $ 0,80 / W.
O NREL publicou agora os detalhes da primeira dessas otimizações. Em um artigo publicado na revista Nature Communications, os cientistas relatam uma taxa de crescimento melhorada para uma camada de base de cerca de 23 segundos, em comparação com mais de oito minutos no processo anterior. «Se pudermos reduzir custos, isso abriria muitos mercados onde esses dispositivos seriam úteis», disse o cientista sênior da NREL, Aaron Ptak. «Em qualquer lugar você precisa de um dispositivo de alta eficiência que seja fino, leve e flexível, como caixas de carga eletrônicas, veículos elétricos, sistemas fotovoltaicos embutidos em edifícios, telhados, drones».
Mais de 29% de eficiência
O processo D-HVPE já produziu células com 25% de eficiência. A equipe da NREL espera atingir 27% usando seu design e diz que as maiores eficiências já alcançadas com taxas de crescimento muito mais lentas não devem estar fora de alcance. «Fundamentalmente, não vemos nenhuma razão pela qual não conseguimos atingir eficiências de MOVPE superiores a 29%», disse o coautor do documento, Kevin Schulte, referindo-se ao processo de epitaxia na fase de vapor orgânico metálico. «Existem alguns obstáculos técnicos que devemos eliminar para chegar lá, mas estamos trabalhando neles.»
A equipe usou D-HVPE para cultivar camadas de GaAs a uma taxa de até 320 micrômetros por hora, e 206 micrômetros por hora para fosfeto de índio e gálio, usado como camada de passivação em células de GaAs e como uma camada absorvente de luz. Os pesquisadores do NREL também disseram que o processo elimina muitos dos materiais caros necessários na produção de MOVPE.
«O que prometemos é a mesma eficiência do dispositivo, a mesma qualidade do material, mas a um custo muito baixo», acrescentou Ptak. «As altas taxas de crescimento que levam ao alto desempenho são uma das maneiras de reduzir os custos».
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