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:
- 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
