(PhysOrg.com) - Como parte do recente progresso na melhoria das células solares para uso generalizado, pesquisadores da Purdue University projetaram células solares feitas de baixo custo, materiais abundantes que são facilmente escaláveis ​​e muito estáveis. Os pesquisadores aumentaram a eficiência da área total das células solares para 7,2% e planejam fazer mais melhorias no futuro.

Os pesquisadores, Qijie Guo, Grayson M. Ford, Wei-Chang Yang, Bryce C. Walker, Eric A. Stach, Hugh W. Hillhouse, e Rakesh Agrawal, publicaram seu estudo sobre as células solares melhoradas em uma edição recente do Journal of the American Chemical Society. Eles fabricaram as células solares de calcogeneto de cobre-zinco-estanho (CZTSSe), que é um material abundante na Terra, usando um método de deposição de filme fino baseado em solução. Pesquisas anteriores mostraram que esses métodos podem fornecer altos rendimentos com custos de fabricação mais baixos em comparação com outros métodos.

O projeto da célula solar é baseado no estudo anterior dos pesquisadores, no qual eles demonstraram que as células solares fabricadas com nanocristais CZTS são potencialmente viáveis, embora tenham eficiências de menos de 1%. Aqui, os pesquisadores fizeram melhorias significativas no design ajustando a composição dos nanocristais, bem como desenvolvendo um método de revestimento de película fina mais robusto.

Depois de sintetizar os nanocristais e aplicá-los em um substrato para uma espessura total de filme de 1 micrômetro, os pesquisadores observaram que o filme nanocristal apresentava grandes, grãos densamente embalados, o que leva a uma maior eficiência da célula solar. Em teste, as células solares podem atingir uma eficiência de área total de 7,2%. Como o co-autor Hugh Hillhouse explicou, a eficiência da área total se refere a toda a célula, em vez de apenas a "área ativa".

“É a eficiência total da área que mais importa, " ele disse PhysOrg.com. “Algumas pessoas relatam uma eficiência de 'área ativa', que inclui apenas áreas que a luz atinge. Contudo, todas as células solares de película fina são feitas com contatos de metal que bloqueiam a luz de atingir algumas áreas. Quando você inclui essa perda, usamos o termo eficiência de "área total". É a eficiência mais justa e importante. ”

A eficiência de 7,2% foi alcançada após “imersão na luz” por 15 minutos sob iluminação de um sol; quando a luz foi desligada, a eficiência caiu para 6,89%.

“A imersão de luz significa simplesmente que lançamos luz solar simulada de intensidade normal na célula por um período de tempo antes de fazer a medição, Hillhouse disse. “Provavelmente, a imersão de luz permite que os portadores fotogerados preencham as armadilhas, mudar os níveis quase-Fermi, e / ou barreiras de tela criadas por deslocamentos de banda. Não representa um problema, uma vez que as células solares reais são naturalmente encharcadas de luz - elas ficam ao sol. ”

Embora atualmente não haja células solares CZTS ou CZTSSe no mercado para comparação, as células solares neste estudo são muito competitivas com outros métodos de fabricação.

“As melhores células formadas por processos a vácuo atingiram apenas 6,7%, Hillhouse disse. “Normalmente, células solares produzidas por processos baseados em vácuo têm sido mais eficientes, mas também mais caro. Para o caso de CZTS, a abordagem da fase de solução (nossa rota nanocristal e a rota hidrazina da IBM) é mais eficiente. ”

Uma área potencial de melhoria para essas células solares está em melhorar sua baixa eficiência quântica para a luz de comprimentos de onda mais longos (ou seja, a faixa do infravermelho próximo). Os pesquisadores tentaram melhorar essa eficiência aumentando a espessura do absorvedor, embora seus experimentos iniciais tenham mostrado que camadas absorventes mais espessas também aumentaram a resistência. No futuro, eles planejam otimizar a fabricação de filmes mais espessos, o que poderia aumentar ainda mais a eficiência geral.

“Há muita liberdade de composição no sistema CZTSSe, e é provável que as composições ideais, estrutura do dispositivo, e as condições de processamento ainda não foram encontradas - mas estamos trabalhando nisso, Hillhouse disse.

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