Uma equipe de cientistas da Universidade de Manchester solucionou uma falha importante em painéis solares após 40 anos de pesquisas em todo o mundo.

Os painéis solares estão entre os sistemas mais disponíveis de geração de energia por meio de fontes renováveis ​​devido ao seu custo relativo e disponibilidade para o consumidor. Contudo, a maioria das células solares atinge apenas 20 por cento de eficiência - para cada kW de luz solar equivalente, cerca de 200 W de energia elétrica podem ser gerados.

Agora, uma equipe internacional de pesquisadores resolveu uma questão fundamental fundamental de defeito de material que limita e degrada a eficiência da célula solar. O problema é conhecido e estudado há mais de 40 anos, com mais de 270 trabalhos de pesquisa atribuídos ao problema sem solução.

A nova pesquisa mostra a primeira observação de um defeito de material até então desconhecido que limita a eficiência da célula solar de silício.

Prof Tony Peaker, que coordenou a pesquisa agora publicada no Journal of Applied Physics disse:"Por causa do impacto ambiental e financeiro, A 'degradação da eficiência' do painel solar tem sido o tema de muito interesse científico e de engenharia nas últimas quatro décadas. Contudo, apesar de algumas das melhores mentes do ramo trabalharem nisso, o problema tem resistido firmemente à resolução até agora. "

“Durante as primeiras horas de operação, depois da instalação, a eficiência de um painel solar cai de 20% para cerca de 18%. Uma queda absoluta de 2 por cento na eficiência pode não parecer grande coisa, mas quando você considera que esses painéis solares são agora responsáveis ​​por fornecer uma fração grande e em crescimento exponencial das necessidades totais de energia do mundo, é uma perda significativa da capacidade de geração de eletricidade. "

O custo de energia dessa queda na capacidade solar instalada mundial mede na casa dos 10 de gigawatts, isso é equivalente a mais energia do que a produzida pelo total combinado de 15 usinas nucleares do Reino Unido. O déficit solar tem que ser atendido por outras fontes de energia menos sustentáveis, como a queima de combustíveis fósseis.

A abordagem experimental e teórica multidisciplinar empregada pelos pesquisadores identificou o mecanismo responsável pela Degradação Induzida pela Luz (LID). Combinando uma técnica elétrica e óptica especializada, conhecido como "espectroscopia transiente de nível profundo" (DLTS), a equipe descobriu a existência de um defeito de material que inicialmente permanece adormecido no uso de silício para fabricar as células.

A carga eletrônica dentro da célula solar de silício é transformada sob a luz do sol, parte de seu processo de geração de energia. A equipe descobriu que essa transformação envolve uma "armadilha" altamente eficaz que impede o fluxo de portadores de carga fotogerados (elétrons).

Dr. Iain Crowe disse:"Este fluxo de elétrons é o que determina o tamanho da corrente elétrica que uma célula solar pode fornecer a um circuito, qualquer coisa que o impeça reduz efetivamente a eficiência da célula solar e a quantidade de energia elétrica que pode ser gerada para um determinado nível de luz solar. Provamos que o defeito existe, agora é uma correção de engenharia necessária. "

A técnica padrão da indústria usada para determinar a qualidade do material de silício mede a vida útil dos portadores de carga, que é mais longo em material de alta qualidade com menos "armadilhas". Os pesquisadores em Manchester, liderados pelo Prof Matthew Halsall, descobriram que suas observações estavam fortemente correlacionadas com o tempo de vida deste portador de carga, que foi reduzido significativamente após a transformação do defeito sob iluminação. Eles também observaram que o efeito era reversível, a vida útil aumentou novamente quando o material foi aquecido no escuro, um processo comumente usado para remover as "armadilhas".

O papel, "Identificação do mecanismo responsável pela degradação induzida pela luz do oxigênio do boro em células fotovoltaicas de silício, "é publicado no Journal of Applied Physics .