Um módulo de célula solar que mitiga as perdas célula-módulo foi desenvolvido por pesquisadores da KAUST após repensar o design óptico do módulo e como ele deve ser empilhado.
Laboratórios de pesquisa em todo o mundo estão trabalhando para melhorar constantemente a eficiência das células solares. Mas usar esses dispositivos no mundo real representa um desafio extra. Por exemplo, as células solares precisam ser incorporadas em módulos que possam proteger os materiais sensíveis de ambientes agressivos. Esses módulos podem reduzir a eficiência de conversão de energia, perdendo assim os ganhos de desempenho tão diligentemente conquistados em laboratório.

Lujia Xu, Stefaan De Wolf e seus colegas da KAUST construíram um módulo de célula solar mais eficiente com um design óptico aprimorado. As células solares usadas pela equipe foram feitas de uma combinação de dois semicondutores de absorção de luz:um de silício e outro feito de um material de perovskita. O silício é agora um material bem estabelecido na fabricação de células solares. E embora as perovskitas sejam um material emergente, a adição de uma camada fina sobre o silício já demonstrou melhorar o desempenho com um aumento aceitável no custo.

Essas chamadas células solares em tandem de perovskita-silício exibiram anteriormente eficiências na conversão de energia óptica para elétrica de até 30%. E a modelagem teórica indicou que pode chegar a 45%. Mas quando a equipe KAUST colocou suas células solares em tandem em um módulo, eles descobriram que a eficiência caiu de 28,9% para 25,7%. Seu módulo foi feito colocando as células solares entre duas folhas de vidro, com o interior preenchido com poliuretano termoplástico para encapsular as células solares.

A equipe acredita que a redução na eficiência se deve a uma incompatibilidade do índice de refração após a introdução do vidro e do poliuretano diretamente nas células solares sem otimização de célula para módulo, resultando em maior reflexão da luz recebida. E assim a equipe decidiu reduzir essa perda de reflexão frontal por meio de um redesenho óptico do módulo por meio da engenharia de índice de refração.

Ao mover um filme de fluoreto de magnésio do topo da célula para o topo do vidro frontal, eles reduziram a incompatibilidade do índice de refração, obtendo assim um acoplamento eficiente de luz.

"Essa otimização simples permite efetivamente a maior densidade de corrente de curto-circuito - relacionada à corrente máxima que pode ser extraída do dispositivo - relatada na literatura para módulos solares monolíticos de perovskita/silício, resultando em um aumento de eficiência de conversão de energia de 25,7 % para 26,2%", diz Xu. "Agora esperamos explorar como diferentes materiais e texturizar a superfície do material podem reduzir ainda mais as perdas atuais das células para os módulos".

O estudo está publicado em ACS Energy Letters . + Explorar mais

Adicionar mais uma camada de fluoreto metálico pode melhorar o desempenho das células solares