Equipe extrai mais energia da luz solar com painéis solares avançados

Equipe extrai mais energia da luz solar com painéis solares avançados

Pesquisadores que trabalham para maximizar a eficiência dos painéis solares disseram que colocar materiais avançados em camadas no topo do silício tradicional é um caminho promissor para tirar mais energia da luz solar. Um novo estudo mostra que, usando um processo de fabricação precisamente controlado, os pesquisadores podem produzir painéis solares multicamadas com potencial para serem 1,5 vezes mais eficientes do que os painéis tradicionais de silício.

Os resultados do estudo liderado pelo engenheiro minjoo Larry Lee, da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, são publicados na revista Cell Reports Physical Sciences.

“Os painéis solares de silício são predominantes porque são acessíveis e podem converter um pouco mais de 20% da luz solar em eletricidade utilizável”, disse Lee, professor de engenharia elétrica e de computação e afiliado do Holonyak Micro and Nanotechnology Lab. “No entanto, assim como os chips de computador de silício, as células solares de silício estão chegando ao limite de suas habilidades, então encontrar uma maneira de aumentar a eficiência é atraente para provedores de energia e consumidores.”

A equipe de Lee tem trabalhado para colocar o material semicondutor de arsênico de arsênio em silício porque os dois materiais se complementam. Ambos os materiais absorvem fortemente a luz visível, mas o fosfato de arsênio de gálio o faz enquanto gera menos calor desperdiçado. Em contraste, o silício se destaca na conversão de energia da parte infravermelha do espectro solar pouco além do que nossos olhos podem ver, disse Lee.

“É como uma equipe esportiva. Você vai ter algumas pessoas rápidas, algumas que são fortes e outras com grandes habilidades defensivas”, disse ele. “Da mesma forma, as células solares tandem trabalham em equipe e aproveitam as melhores propriedades de ambos os materiais para fazer um dispositivo único e mais eficiente.”

Embora o fosfato de arsênio de gálio e outros materiais semicondutores como ele sejam eficientes e estáveis, eles são caros, por isso fazer painéis compostos inteiramente deles não é razoável para a produção em massa neste momento. Assim, a equipe de Lee usa o silício de baixo custo como ponto de partida para sua pesquisa.

Durante a fabricação, os defeitos materiais encontram seu caminho para as camadas, particularmente em interfaces entre o phosphide de silício e arsênio de gálio, disse Lee. Pequenas imperfeições se formam sempre que materiais com diferentes estruturas atômicas são colocados em camadas sobre o silício, comprometendo tanto o desempenho quanto a confiabilidade.

“Toda vez que você muda de um material para outro, há sempre o risco de criar algum transtorno na transição”, disse Lee. “Shizhao Fan, o principal autor do estudo, desenvolveu um processo para formar interfaces imaculadas na célula de fosfeto de arsênio de gálio, o que levou a uma grande melhoria em relação ao nosso trabalho anterior nesta área.”

“Eventualmente, uma empresa de serviços públicos poderia usar essa tecnologia para obter 1,5 vezes mais energia da mesma quantidade de terra em suas fazendas solares, ou um consumidor poderia usar 1,5 vezes menos espaço para painéis no telhado”, disse ele.

Lee disse que os obstáculos permanecem no caminho da comercialização, mas espera que os provedores de energia e os consumidores vejam o valor no uso de materiais estáveis para alcançar um aumento de desempenho.

Fonte de pesquisa:  Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, News Bureau

Referências: Shizhao Fan, Zhengshan J. Yu, Ryan D. Hool, Pankul Dhingra, William Weigand, Mijung Kim, Erik D. Ratta, Brian D. Li, Yukun Sun, Zachary C. Holman, Minjoo L. Lee. Células solares tandem estribiais III-V/Si com 25,0% de eficiênciaCell Reports Physical Science, 2020; 1 (9): 100208 DOI: 10.1016/j.xcrp.2020.100208

Imagem dem destaque: Itbaktuelt.no

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