TNO, TU Eindhoven, imec e TU Delft, parceiros da Solliance, uniram forças para impulsionar ainda mais a eficiência de conversão de células solares tandem para além dos limites dos módulos fotovoltaicos (PV) comerciais atuais. Pela primeira vez, dispositivos tandem de perovskita/silício de quatro terminais com uma célula superior certificada ultrapassaram a barreira de 30%. Essa alta eficiência permite mais potência por metro quadrado e menor custo por kWh. O resultado é apresentado durante a 8ª Conferência Mundial sobre Conversão de Energia Fotovoltaica (WCPEC-8) em Milão, e foi alcançado combinando a emergente célula solar de perovskita com tecnologias convencionais de células solares de silício. A célula de perovskita, que possui contatos transparentes e faz parte da pilha tandem, foi certificada de forma independente.
Além disso, alcançar alta densidade de energia criará mais oportunidades para integrar essas células solares em elementos de construção e construção, para que mais área de superfície existente possa ser coberta com módulos fotovoltaicos. Quebrar a barreira dos 30% é, portanto, um grande passo para acelerar a transição energética e melhorar a segurança energética, reduzindo a dependência de combustíveis fósseis.

O melhor dos dois mundos

Os dispositivos tandem podem atingir eficiências mais altas do que as células solares de junção única devido a uma melhor utilização do espectro solar. Os tandems atualmente emergentes combinam a tecnologia de silício comercial para o dispositivo inferior com a tecnologia de perovskita:esta última com conversão altamente eficiente de luz ultravioleta e visível e excelente transparência para luz infravermelha próxima.

Em dispositivos tandem de quatro terminais (4T), as células superior e inferior operam independentemente umas das outras, o que possibilita a aplicação de células inferiores diferentes neste tipo de dispositivos. A tecnologia comercial PERC, bem como tecnologias premium como heterojunction ou TOPCon ou tecnologia de filme fino, como CIGS, podem ser implementadas em um dispositivo tandem de 4T com quase nenhuma modificação nas células solares. Além disso, a arquitetura de quatro terminais facilita a implementação de tandems bifaciais para aumentar ainda mais o rendimento de energia.

Pesquisadores da Holanda e da Bélgica melhoraram com sucesso a eficiência das células de perovskita semitransparentes em até 19,7% com uma área de 3x3 mm2 certificada pela ESTI (Itália). "Este tipo de célula solar apresenta um contato traseiro altamente transparente que permite que mais de 93% da luz do infravermelho próximo atinja o dispositivo inferior. Esse desempenho foi alcançado otimizando todas as camadas das células solares de perovskita semitransparentes usando simulações ópticas e elétricas avançadas como um guia para o trabalho experimental no laboratório", diz o Dr. Mehrdad Najafi da TNO.

"O dispositivo de silício é uma célula solar de heterojunção de 20x20-mm2 de largura com passivação de superfície otimizada, óxidos condutores transparentes e contatos frontais banhados a Cu para extração de transportadores de última geração", diz Yifeng Zhao, Ph.D. estudante da TU Delft, cujos resultados foram publicados recentemente em Progress in Photovoltaics:Research and Applications . O dispositivo de silício empilhado opticamente sob a perovskita contribui com 10,4% de pontos de eficiência para a conversão total de energia solar.

Combinados, 30,1% é a eficiência de conversão desses dispositivos tandem 4T sem área correspondente operando independentemente. A melhor eficiência do mundo é medida de acordo com os procedimentos geralmente aceitos.

Futuro dos módulos fotovoltaicos tandem de quatro terminais

Isso não é tudo:a combinação dessa célula de perovskita altamente transparente com outras tecnologias baseadas em silício, como back contact (células de contato de metal e células de contato interdigitado) e células solares TOPCon, também proporcionou eficiências de conversão próximas de 30%. Isso demonstra o potencial das células solares de perovskita altamente transparentes e sua flexibilidade para serem combinadas com tecnologias já comercializadas.

Essas melhores eficiências mundiais obtidas em uma infinidade de tecnologias estabelecidas são mais um marco para a implantação industrial. "Agora conhecemos os ingredientes e somos capazes de controlar as camadas que são necessárias para atingir mais de 30% de eficiência. Uma vez combinados com a experiência em escalabilidade e o conhecimento acumulado nos últimos anos para trazer materiais e processos para grandes áreas, podemos nos concentrar com nossos parceiros industriais para trazer esta tecnologia com eficiências superiores a 30% na produção em massa", diz o Prof. Gianluca Coletti, Gerente de Programas de tecnologia e aplicação fotovoltaica Tandem na TNO. + Explorar mais

Reordenar as camadas em módulos de células solares pode ajudar a melhorar a eficiência