Célula solar de seis junções estabelece dois recordes mundiais em eficiência

Célula solar de seis junções estabelece dois recordes mundiais em eficiência

Cientistas do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) fabricaram uma célula solar com uma eficiência de quase 50%.

A célula solar de seis junções agora detém o recorde mundial de maior eficiência de conversão solar, com 47,1%, medido sob iluminação concentrada. Uma variação da mesma célula também estabeleceu o recorde de eficiência sob iluminação solar em 39,2%.

“Este dispositivo realmente demonstra o extraordinário potencial das células solares multifuncionais”, disse John Geisz, principal cientista do Grupo Fotovoltaico Cristalino de Alta Eficiência da NREL e principal autor de um novo artigo sobre a célula de recorde.

O artigo, “Células solares III-V de seis junções, com 47,1% de eficiência de conversão sob concentração de 143 sóis”, aparece na revista Nature Energy . Os co-autores de Geisz são os cientistas do NREL Ryan France, Kevin Schulte, Myles Steiner, Andrew Norman, Harvey Guthrey, Matthew Young, Tao Song e Thomas Moriarty.

Para construir o dispositivo, os pesquisadores da NREL confiaram nos materiais III-V – chamados por causa de sua posição na tabela periódica – que possuem uma ampla gama de propriedades de absorção de luz. Cada uma das seis junções da célula (as camadas fotoativas) é projetada especialmente para capturar a luz de uma parte específica do espectro solar. O dispositivo contém cerca de 140 camadas totais de vários materiais III-V para suportar o desempenho dessas junções, e ainda é três vezes mais estreito que um cabelo humano. Devido à sua natureza altamente eficiente e ao custo associado à sua fabricação, as células solares III-V são usadas com mais frequência para alimentar satélites, o que valoriza o desempenho incomparável do III-V.

Na Terra, no entanto, a célula solar de seis junções é adequada para uso em energia fotovoltaica concentradora, disse Ryan France, co-autor e cientista do III-V Multijunctions Group da NREL.

“Uma maneira de reduzir custos é reduzir a área necessária”, disse ele, “e você pode fazer isso usando um espelho para capturar a luz e focar a luz em um ponto. um milésimo do material, em comparação com uma célula de silício de placa plana. Você usa muito menos material semicondutor ao concentrar a luz. Uma vantagem adicional é que a eficiência aumenta à medida que você concentra a luz. “

A França descreveu o potencial da célula solar exceder 50% de eficiência como “realmente muito viável”, mas essa eficiência não pode ser alcançada devido aos limites fundamentais impostos pela termodinâmica.

Geisz disse que atualmente o principal obstáculo à pesquisa para atingir 50% de eficiência é reduzir as barreiras resistivas dentro da célula que impedem o fluxo de corrente. Enquanto isso, ele observa que a NREL também está fortemente envolvida na redução do custo das células solares III-V, possibilitando novos mercados para esses dispositivos altamente eficientes.

Pesquisado em:  Laboratório Nacional de Energia Renovável 

Referência:

  1. John F. Geisz, Ryan M. França, Kevin L. Schulte, Myles A. Steiner, Andrew G. Norman, Harvey L. Guthrey, Matthew R. Young, Tao Song, Thomas Moriarty. Células solares III-V de seis junções com 47,1% de eficiência de conversão sob concentração de 143 Suns . Nature Energy , 2020; DOI: 10.1038 / s41560-020-0598-5

Imagem em destaque: Irish solar energy

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