Com as emissões globais de dióxido de carbono relacionadas à energia atingindo um recorde histórico em 2021, a necessidade de energia limpa é mais urgente do que nunca. Uma dessas alternativas aos combustíveis fósseis é a energia solar. As células solares foram desenvolvidas com uma variedade de materiais, mas o selênio (Se) é uma opção desejável por ser de baixo custo, estável e não tóxico, de acordo com Chao Chen, do Laboratório Nacional de Optoeletrônica de Wuhan (WNLO) e da Escola de Eletrônica Óptica. Informações na Universidade de Ciência e Tecnologia Huazhong, China.
No entanto, sua eficiência é limitada por seu baixo ponto de fusão e amplo bandgap - a faixa em que nenhum estado eletrônico pode existir. Agora, Chen e outros pesquisadores superaram essas limitações ligando selênio com telúrio (Te), tornando as células solares de selênio uma opção mais atraente.

Os pesquisadores publicaram seus resultados em Frontiers of Optoelectronics .

O intervalo de banda ideal para células solares de junção única é de 1 a 1,5 eV, de acordo com os pesquisadores, mas o intervalo de banda de Se é de cerca de 1,8 eV, tornando-o mais amplo do que o ideal para uso em células solares. Os pesquisadores conseguiram ajustar as células solares ao limite de Shockley-Queisser, que é a eficiência teórica máxima de uma célula solar de junção única, emparelhando selênio com telúrio.

"A liga [selênio] com telúrio, que tem a mesma estrutura cristalina e [tem] um bandgap estreito, pode ajustar o bandgap e aumentar o ponto de fusão, expandindo assim o espectro de absorção e melhorando a qualidade dos filmes [da célula solar de selênio], " disse Chen, professor associado da Escola de Informação Eletrônica Óptica da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, que é o autor correspondente. "Portanto, Se_{1 - x} Te_x espera-se que a liga atinja a melhoria da eficiência da célula solar."

Os pesquisadores também usaram o óxido de zinco (ZnO) como uma camada de transporte de elétrons na fabricação das células solares devido ao alinhamento adequado da banda e à reação suave na interface do óxido de zinco e do selênio/telúrio.

“O óxido de zinco foi selecionado como a camada de transporte de elétrons, que pode reagir levemente com o Se para aumentar sua adesão interfacial e reduzir as ligações pendentes e, assim, reduzir os defeitos interfaciais”, disse Chen.

Chen disse que esse uso de óxido de zinco foi uma das novas partes desta pesquisa, juntamente com a análise que os pesquisadores realizaram em certos aspectos das células solares de selênio e telúrio.

"O mecanismo de recombinação e o tipo de defeito de Se_{1 - x} Te_x células solares de liga foram analisadas por caracterizações de corrente-tensão dependentes da intensidade da luz, capacitância-voltagem e admitância dependente da temperatura, o que ajudará a otimizar ainda mais o Se_{1 - x} Te_x sistema de liga", disse Chen.

Depois de fabricar as novas células solares de telúrio de selênio com camadas de transporte de elétrons de óxido de zinco, os pesquisadores descobriram que o novo material mantém as características positivas anteriormente conhecidas de ter um grande coeficiente de absorção e ser muito fotocondutor, melhorando a eficiência.

"A eficiência do ZnO/Se_0,7 Te_0,3 células solares mais que dobrou após nove meses no ar", disse Chen. "ZnO/Se_0,7 Te_0,3 [é comprovado como] uma junção superior com correspondência de banda de energia e adesão firme, e a eficiência de 1,85% foi alcançada preliminarmente."

Os pesquisadores agora estão procurando melhorar a fabricação das células solares e, em seguida, dimensionar a tecnologia.

"O próximo passo será preparar Se₁ de alta qualidade _{- x} Te_x filmes de liga—elimine furos e defeitos de vacância e assim por diante—e otimize a estrutura do dispositivo—adicionando a camada de transporte de furos e assim por diante—para melhorar ainda mais a eficiência do Se_{1 - x} Te_x células solares de liga e alcance a produção em massa." + Explore mais

Equipe otimiza fórmula para células solares de cádmio-telúrio