Como resultado de seu projeto conjunto de dois anos, os pesquisadores de materiais da Universidade de Tecnologia de Tallinn melhoraram a eficiência das células solares de próxima geração por meio da substituição parcial do cobre por prata no material absorvente.

O desenvolvimento econômico e o crescimento geral do consumo de energia levaram a um aumento da demanda por produção de energia ecologicamente correta a custos mais baixos. As soluções mais viáveis ​​podem ser encontradas no setor de energia renovável. As novas tecnologias para a produção de energia devem fornecer produtos limpos, baixo custo, soluções ecológicas com aplicações versáteis, tornando a energia solar a melhor solução hoje. Os pesquisadores de materiais da TalTech estão trabalhando no desenvolvimento de células fotovoltaicas de próxima geração - células solares de camada monograin.

Pesquisadora sênior do Laboratório de Materiais Fotovoltaicos da TalTech, Marit Kauk-Kuusik diz:“A produção de células solares de silício tradicionais que começou na década de 1950 ainda consome muitos recursos e energia. Nossa pesquisa está focada no desenvolvimento da próxima geração de células solares, isto é, células solares de película fina com base em semicondutores compostos. "

Uma célula solar de filme fino consiste em várias camadas finas de materiais semicondutores. Para células solares de filme fino eficientes, semicondutor com propriedades muito boas de absorção de luz deve ser usado como absorvedor. O absorvedor de silício não é um candidato adequado para células solares de filme fino devido à absorção de luz não ideal, levando a uma camada absorvente bastante espessa. Os pesquisadores da TalTech estão desenvolvendo materiais semicondutores compostos chamados kesteritas (Cu ₂ ZnSn (Se, S) ₄ ), que além de excelente absorção de luz, contêm elementos químicos abundantes e de baixo custo (por exemplo, cobre, zinco, lata, enxofre e selênio). Para produzir kesteritas, Os pesquisadores da TalTech usam uma tecnologia de pó monograin, que é único no mundo.

"A tecnologia de pó monograin que estamos desenvolvendo difere de outras tecnologias de fabricação de células solares semelhantes usadas no mundo em termos de seu método. Em comparação com a evaporação a vácuo ou tecnologias de pulverização catódica, que são amplamente usados ​​para produzir estruturas de filme fino, a tecnologia de pó monograin é mais barata, "Marit Kauk-Kuusik diz.

A tecnologia de crescimento de pó é o processo de aquecimento de componentes químicos em um forno de câmara especial a 750 graus por quatro dias. A seguir, a massa obtida é lavada e peneirada em máquinas especiais. O sintetizado, microcristalino de alta qualidade, o pó monograin é utilizado para a produção de células solares. A tecnologia do pó difere de outros métodos de produção em particular devido ao seu baixo custo, uma vez que não requer nenhum equipamento caro de alto vácuo.

O pó do monograin consiste em microcristais exclusivos que formam células solares em miniatura conectadas em paralelo em um grande módulo (coberto por uma camada tampão ultrafina). Esse, Contudo, oferece grandes vantagens em relação aos módulos fotovoltaicos da geração anterior, ou seja, painéis solares à base de silício. As células fotovoltaicas são leves, flexível, pode ser transparente, ao mesmo tempo que é ecologicamente correto e significativamente mais barato.

O indicador da qualidade da energia fotovoltaica é a eficiência. A eficiência não depende apenas das propriedades dos materiais usados ​​e da estrutura da célula solar, mas também na intensidade da radiação solar, ângulo de incidência e temperatura.

As condições ideais para alcançar a máxima eficiência são em montanhas frias e ensolaradas, não em um deserto quente, como seria de esperar, porque o calor não melhora a eficiência da célula solar. É possível calcular a eficiência teórica máxima para cada painel solar, que, Infelizmente, tem sido impossível de alcançar na realidade, mas é um objetivo a perseguir.

"Alcançamos o ponto em nosso desenvolvimento em que a substituição parcial de cobre por prata em materiais absorventes de querita pode aumentar a eficiência em 2%. Isso ocorre porque o cobre é altamente móvel por natureza, causando eficiência instável da célula solar. A substituição de 1% de cobre por prata melhorou a eficiência das células solares de camada monograin de 6,6% para 8,7%, "Marit Kauk-Kuusik diz.

Os dois grupos de pesquisadores de materiais da TalTech:materiais fotovoltaicos e grupos de pesquisa em física de materiais optoeletrônicos publicaram um artigo "O efeito da liga Ag de Cu ₂ (Zn, Cd) SnS ₄ sobre as propriedades do pó do monograin e o desempenho da célula solar "em revista científica de alta qualidade Journal of Materials Chemistry A .