p (Phys.org) - Cientistas do Laboratório Nacional de Energia Renovável do Departamento de Energia dos EUA (NREL) produziram células solares usando técnicas de nanotecnologia com uma eficiência - 18,2% - que é competitiva. O avanço deve ser um passo importante para ajudar a reduzir o custo da energia solar. p O NREL adaptou uma superfície nanoestruturada, garantindo que a eletricidade gerada pela luz ainda possa ser coletada com eficiência da célula solar. Os pesquisadores fizeram nano-ilhas de prata em uma pastilha de silício e a mergulharam brevemente em líquidos para fazer bilhões de buracos de tamanho nanométrico em cada polegada quadrada da superfície da pastilha de silício. Os buracos e paredes de silício são menores do que os comprimentos de onda de luz que os atingem, então a luz não reconhece nenhuma mudança repentina na densidade na superfície e, portanto, não reflita de volta para a atmosfera como energia desperdiçada. Os pesquisadores controlaram as nanoformas e a composição química da superfície para alcançar eficiências recordes de células solares para este material de 'silício preto'.

p O papel, "Uma célula solar de silício preto com 18,2% de eficiência alcançada através do controle da recombinação de portadores em nanoestruturas" por Jihun Oh do NREL, Hao-Chih Yuan, e Howard Branz, atualmente aparece em Nature Nanotechnology site de.

p Tipicamente, fabricantes de células solares devem adicionar uma camada anti-reflexo extra, ou dois, para suas células, o que aumenta significativamente os custos.

p O NREL já havia demonstrado que suas nanoestruturas refletiam menos luz do que as melhores camadas anti-reflexo de uma célula solar. Mas até agora, eles não foram capazes de atingir a eficiência geral com suas células de silício pretas, que poderiam se aproximar das melhores marcas para outras células de silício.

p Oh, Yuan, e Branz, primeiro teve que determinar por que o aumento da área de superfície das nanoestruturas reduziu drasticamente a coleção de eletricidade e prejudicou a voltagem e a corrente das células.

p Seus experimentos demonstraram que a área de superfície alta, e especialmente um processo chamado de recombinação Auger, limitar a coleção de fótons na maioria das células solares nanoestruturadas. Eles concluíram que essa recombinação Auger é causada quando muitas das impurezas dopantes colocadas para fazer a célula funcionar passam pela superfície nanoestruturada.

p Este conhecimento científico permitiu-lhes suprimir a recombinação Auger com dopagem mais leve e mais superficial. Combinando este doping mais leve com nanoformas ligeiramente mais suaves, eles podem construir uma célula solar com eficiência de 18,2% que é preta, mas responde quase idealmente a quase todo o espectro solar.

p O Departamento de Energia financiou a bolsa de pesquisa por meio da Lei Americana de Recuperação e Reinvestimento.

p Branz, o investigador principal da bolsa, disse, "Este trabalho pode ter um grande impacto nas células solares convencionais e emergentes baseadas em nanofios e nanoesferas. Pela primeira vez, ele mostra que células solares realmente excelentes podem ser feitas de semicondutores nanoestruturados."

p Branz acrescentou, "Os próximos desafios são traduzir esses resultados para a prática industrial comum e, então, obter a eficiência acima de 20%. Depois disso, Espero ver esses tipos de técnicas de nanoestruturação usadas em células muito mais finas para usar menos material semicondutor. "

p “Agora temos um estudo claro que mostra como otimizar a área de superfície e o doping juntos podem dar melhor eficiência, "Yuan disse." A área de superfície e a concentração de dopagem perto da superfície afetam o desempenho das células solares nanoestruturadas. "

p Primeiro autor, Oh, um NREL Postdoctoral Fellow disse que o estudo do NREL "mostra claramente que a combinação certa de uma superfície cuidadosamente nanoestruturada e um bom processamento pode reduzir o custo enquanto corta o reflexo indesejado da luz solar."