p No campo das tecnologias fotovoltaicas, as células solares à base de silício representam 90% do mercado. Em termos de custo, estabilidade e eficiência (20-22 por cento para uma célula solar típica no mercado), eles estão bem à frente da concorrência. p Contudo, após décadas de pesquisa e investimento, as células solares à base de silício estão agora perto de sua eficiência teórica máxima. Como resultado, novos conceitos são necessários para alcançar uma redução de longo prazo nos preços da eletricidade solar e permitir que a tecnologia fotovoltaica se torne uma forma mais amplamente adotada de geração de energia.

p Uma solução é colocar dois tipos diferentes de células solares um em cima do outro para maximizar a conversão dos raios de luz em energia elétrica. Essas células de "junção dupla" estão sendo amplamente pesquisadas na comunidade científica, mas são caros de fazer. Agora, equipes de pesquisa em Neuchâtel - do Laboratório Fotovoltaico da EPFL e do centro fotovoltaico CSEM - desenvolveram uma solução economicamente competitiva. Eles integraram uma célula de perovskita diretamente no topo de uma célula padrão baseada em silício, obtendo uma eficiência recorde de 25,2 por cento. Seu método de produção é promissor, porque acrescentaria apenas algumas etapas extras ao atual processo de produção de células de silício, e o custo seria razoável. A pesquisa deles foi publicada em Materiais da Natureza .

p Perovskite-on-silicon:um sanduíche nanométrico

p As propriedades únicas da perovskita levaram a muitas pesquisas sobre seu uso em células solares nos últimos anos. No espaço de nove anos, a eficiência dessas células aumentou seis vezes. A perovskita permite que uma alta eficiência de conversão seja alcançada a um custo de produção potencialmente limitado.

p Em células tandem, perovskita complementa o silício. Ele converte a luz azul e verde com mais eficiência, enquanto o silício é melhor na conversão de luz vermelha e infravermelha. "Ao combinar os dois materiais, podemos maximizar o uso do espectro solar e aumentar a quantidade de energia gerada. Os cálculos e o trabalho que fizemos mostram que uma eficiência de 30 por cento deve ser possível em breve, "dizem os principais autores do estudo, Florent Sahli e Jérémie Werner.

p Contudo, criar uma estrutura tandem eficaz sobrepondo os dois materiais não é uma tarefa fácil. "A superfície do silício consiste em uma série de pirâmides medindo cerca de 5 mícrons, que capturam a luz e evitam que ela seja refletida. Contudo, a textura da superfície dificulta o depósito de uma película homogênea de perovskita, "explica Quentin Jeangros, quem é o co-autor do artigo.

p Quando a perovskita é depositada na forma líquida, como geralmente é, ele se acumula nos vales entre as pirâmides, deixando os picos descobertos, levando a curtos-circuitos.

p Uma camada chave garantindo uma microestrutura ideal

p Cientistas da EPFL e CSEM contornaram esse problema usando métodos de evaporação para formar uma camada de base inorgânica que cobre totalmente as pirâmides. Essa camada é porosa, permitindo reter a solução orgânica líquida que é então adicionada usando uma técnica de deposição de película fina chamada spin-coating. Os pesquisadores subsequentemente aquecem o substrato a uma temperatura relativamente baixa de 150 ° C para cristalizar um filme homogêneo de perovskita no topo das pirâmides de silício.

p "Até agora, a abordagem padrão para fazer uma célula tandem de perovskita / silício era nivelar as pirâmides da célula de silício, que diminuiu suas propriedades ópticas e, portanto, seu desempenho, antes de depositar a célula perovskita em cima dela. Ele também adicionou etapas ao processo de fabricação, "diz Florent Sahli.

p Atualizando tecnologias existentes

p O novo tipo de célula tandem é altamente eficiente e diretamente compatível com tecnologias baseadas em silício monocristalino, que se beneficiam de experiência industrial de longa data e já estão sendo produzidos com lucro. “Estamos propondo a utilização de equipamentos que já estão em uso, apenas adicionando alguns estágios específicos. Os fabricantes não vão adotar uma tecnologia solar totalmente nova, mas simplesmente atualizando as linhas de produção que já estão usando para células à base de silício, "explica Christophe Ballif, chefe do Laboratório Fotovoltaico da EPFL e do Centro PV do CSEM.

p No momento, a pesquisa continua a fim de aumentar ainda mais a eficiência e dar ao filme de perovskita mais estabilidade a longo prazo. Embora a equipe tenha feito uma descoberta, ainda há trabalho a ser feito antes que sua tecnologia possa ser adotada comercialmente.