O futuro está ficando mais brilhante para a energia solar. Pesquisadores da CU Boulder criaram uma célula solar de baixo custo com uma das mais altas eficiências de conversão de energia até hoje, colocando células em camadas e usando uma combinação única de elementos.

“Pegamos um produto que é responsável por uma indústria de US $ 30 bilhões por ano e o tornamos 30% melhor, "disse Michael McGehee, um professor do Departamento de Engenharia Química e Biológica e co-autor de um artigo, a ser publicado amanhã em Ciência , que descreve a tecnologia. "Isso é um grande negócio."

Os pesquisadores pegaram uma célula solar perovskita, uma estrutura de cristal que é projetada para coletar fótons de alta energia, e colocou-o em camadas sobre uma célula solar de silício, que captura mais fótons na parte infravermelha do espectro - que é composta de energia radiante que não podemos ver, mas podemos sentir como calor. Combinado, a perovskita aumenta uma célula solar de silício de 21% até uma eficiência de 27% - aumentando em um terço.

Por anos, as células solares de silício têm sido o padrão na indústria de energia solar. Mas as células atuais baseadas em silício convertem apenas 18% a 21% da energia do sol em eletricidade utilizável em média, e eles atingem o máximo em cerca de 26,6%.

Isso significa que agora custa mais instalar as células do que comprá-las, disse McGehee, bolsista do Instituto de Energia Renovável e Sustentável.

A eficiência média dos painéis solares é inferior à eficiência máxima, porque não importa o quão bom um indivíduo, pequena célula solar é, ele perderá cerca de três pontos percentuais quando aplicado em um grande painel - como uma espécie de equipe esportiva sendo tão boa quanto seu jogador médio. Mas se você puder aumentar a eficiência geral, você não precisa instalar tantos painéis para obter a mesma quantidade de energia.

O que melhora drasticamente a eficiência é colocar outra célula solar em cima de uma existente - e isso é exatamente o que McGehee e seus colegas pesquisadores fizeram.

Uma fórmula secreta acessível

Esta não é a primeira vez que pesquisadores colocam células solares em camadas para ganhar eficiência. O conceito, também conhecidas como células solares em tandem ou multi-junção, foi introduzido pela primeira vez na década de 1970 - e o recorde mundial de eficiência de células solares já é superior a 45%. Contudo, veio a um preço alto:$ 80, 000 por metro quadrado, devido ao fato de que as células cresceram uma camada atômica de cada vez, criando um grande, único cristal. Provavelmente não é um custo que o proprietário médio de uma casa ou empresa possa pagar.

McGehee e seus colegas pesquisadores são os pioneiros em uma nova direção de células solares em camadas, usando perovskitas, que custam mais de cem vezes menos.

Eles começaram há menos de 10 anos com o conceito de usar materiais mais baratos em cima do silício, e no início alcançou apenas cerca de 13% de eficiência. Mas, por meio de melhorias tecnológicas, eles conseguiram mais do que dobrar esse número.

Sua fórmula secreta envolve uma liga única de cloro triplo-haleto, bromo, e iodo.

Em células solares, existe um bandgap ideal, de acordo com McGehee. Este é o espaço entre os níveis de energia em um semicondutor, quais elétrons saltam e criam energia elétrica.

O bromo pode aumentar esse gap, mas quando usado com iodo e exposto à luz, esses elementos nem sempre permanecem no lugar. Estudos anteriores tentaram usar cloro e iodo juntos, mas devido aos diferentes tamanhos de partícula desses elementos, não cabia cloro suficiente na estrutura de cristal da perovskita. Mas, ao usar diferentes quantidades de cloro, bromo, e iodo, os pesquisadores descobriram uma maneira de diminuir a estrutura do cristal, permitindo que mais cloro entre - estabilizando e melhorando a eficiência da célula.

As perovskitas também são baratas, não consome muita energia para fazer e é fácil de criar no laboratório. E mesmo depois de 1000 horas - ou quase 42 dias - de testes intensivos de luz e calor, essas novas células solares mostraram uma mudança mínima em sua eficiência inicial.

Com o mercado de energia solar crescendo cerca de 30% ao ano, eficiência, custo e longevidade são considerações importantes para as quais as novas tecnologias se tornarão comuns.

McGehee está otimista sobre o potencial desse amplo gap, célula solar perovskita em camadas.

Não só agora ultrapassou a eficiência máxima de uma célula solar apenas de silício, "acreditamos que pode nos levar a mais de 30% de eficiência e que pode ser estável, "disse McGehee.