As células solares percorreram um longo caminho, mas barato, células solares de película fina ainda estão muito atrás das mais caras, células solares cristalinas em eficiência. Agora, uma equipe de pesquisadores sugere que o uso de dois filmes finos de materiais diferentes pode ser o caminho a percorrer para criar preços acessíveis, células de filme fino com eficiência de cerca de 34%.

"Dez anos atrás, eu sabia muito pouco sobre células solares, mas ficou claro para mim que eles eram muito importantes, "disse Akhlesh Lakhtakia, Evan Pugh University Professor e Charles Godfrey Binder Professor de Ciências da Engenharia e Mecânica, Estado de Penn.

Investigando o campo, ele descobriu que os pesquisadores abordaram as células solares de dois lados, o lado óptico - ver como a luz do sol é coletada - e o lado elétrico - ver como a luz solar coletada é convertida em eletricidade. Os pesquisadores ópticos se esforçam para otimizar a captura de luz, enquanto os pesquisadores elétricos se esforçam para otimizar a conversão em eletricidade, ambos os lados simplificando o outro.

“Decidi criar um modelo em que os aspectos elétricos e ópticos sejam tratados igualmente, "disse Lakhtakia." Precisávamos aumentar a eficiência real, porque se a eficiência de uma célula for inferior a 30% não vai fazer diferença. "Os pesquisadores relatam seus resultados em uma edição recente da Cartas de Física Aplicada .

Lakhtakia é um teórico. Ele não faz filmes finos em laboratório, mas cria modelos matemáticos para testar as possibilidades de configurações e materiais para que outros possam testar os resultados. O problema, ele disse, foi que a estrutura matemática de otimizar a óptica e a elétrica são muito diferentes.

As células solares parecem ser dispositivos simples, ele explicou. Uma camada superior transparente permite que a luz solar incida sobre uma camada de conversão de energia. O material escolhido para converter a energia, absorve a luz e produz fluxos de elétrons carregados negativamente e buracos carregados positivamente que se movem em direções opostas. As partículas carregadas de forma diferente são transferidas para uma camada de contato superior e uma camada de contato inferior que canaliza a eletricidade para fora da célula para uso. A quantidade de energia que uma célula pode produzir depende da quantidade de luz solar coletada e da capacidade da camada de conversão. Diferentes materiais reagem e convertem diferentes comprimentos de onda de luz.

"Percebi que, para aumentar a eficiência, tínhamos que absorver mais luz, "disse Lakhtakia." Para fazer isso, tivemos que tornar a camada absorvente não homogênea de uma maneira especial. "

Essa maneira especial era usar dois materiais absorventes diferentes em dois filmes finos diferentes. Os pesquisadores escolheram CIGS comercialmente disponíveis - disseleneto de cobre índio e gálio - e CZTSSe - seleneto de cobre zinco estanho e enxofre - para as camadas. Por si próprio, A eficiência do CIGS é de cerca de 20% e da CZTSSe é de cerca de 11%.

Esses dois materiais funcionam em uma célula solar porque a estrutura de ambos os materiais é a mesma. Eles têm aproximadamente a mesma estrutura de rede, para que possam crescer um em cima do outro, e eles absorvem diferentes frequências do espectro, de modo que devem aumentar a eficiência, de acordo com Lakhtakia.

"Foi fantástico, "disse Lakhtakia." Juntos, eles produziram uma célula solar com 34% de eficiência. Isso cria uma nova arquitetura de célula solar - camada sobre camada. Outros que podem realmente fazer células solares podem encontrar outras formulações de camadas e talvez fazer melhor. "

De acordo com os pesquisadores, a próxima etapa é criá-los experimentalmente e ver quais são as opções para obter o final, melhores respostas.