(Phys.org) —A função básica das células solares é coletar a luz do sol e transformá-la em eletricidade. Assim, é extremamente importante que o filme que coleta a luz na superfície da célula seja projetado para a melhor absorção de energia. A busca pelo desenvolvimento de células solares mais eficientes resultou em uma competição acirrada entre os cientistas para encontrar os materiais de menor custo e maior energia.

Em direção a esse objetivo, uma equipe diversificada de cientistas da UCLA do California NanoSystems Institute está melhorando a eficiência de novos materiais de filme que estão revolucionando a tecnologia de células solares. Pesquisadores liderados pelo Professor Yang Yang, Carol e Lawrence E. Tannas Jr. Professor de Engenharia da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da UCLA Henry Samueli, publicaram recentemente dois estudos nos quais aumentaram a eficiência de conversão de energia dos materiais kesterita e perovskita para a fabricação de células solares de baixo custo e alta eficiência.

Kesterite

Kesterita é uma substância inorgânica (não derivada de plantas ou animais) que é feita de materiais abundantes, como cobre, zinco, estanho e enxofre. A equipe da UCLA desenvolveu uma maneira de aumentar a conversão da luz solar em eletricidade, controlando a composição e a dispersão dos nanocristais de querita em uma tinta que é usada para criar o filme usado nas células solares.

Em um artigo publicado online em 8 de agosto na revista ACS Nano , o grupo Yang mostrou que sua capacidade de controlar e melhorar a composição espacial e distribuição de nanocristais na tinta de kesterita melhorou sua eficiência de conversão de energia para 8,6 por cento com uma técnica consistente e repetível.

"O aparelho usa cobre, zinco e estanho, e fomos capazes de controlar a proporção dos elementos para tornar os nanocristais melhores, "disse Huanping Zhou, um pós-doutorado e primeiro autor do estudo. “Um problema no passado eram muitos defeitos no filme devido ao problema de distribuição dos elementos. Agora estamos sintetizando os nanocristais de forma a controlar com precisão os elementos espaciais e a distribuição no filme. Isso nos permite maximizar a eficiência da célula solar. "

Yang disse que a equipe conseguiu fazer um processo de solução completa com o material. "Isso significa que todas as camadas de elementos da célula solar necessárias - o adsorvente, o eletrodo, etc, são líquidos que podem ser pulverizados ou pintados em uma superfície para torná-la uma célula solar, "ele disse." Isso poderia ser o teto de um carro elétrico, ou as paredes externas de um edifício, janelas ou telhado. "

Yang também apontou que a kesterita é muito estável, e aquele cobre, o zinco e o estanho são baratos e amplamente disponíveis.

Perovskita

A perovskita é um material híbrido orgânico e inorgânico que combina carbono e chumbo. Desde que foi usado pela primeira vez como material de célula solar há cinco anos, melhorias aumentaram sua eficiência de conversão de energia para quase 20 por cento, como mostrado em um estudo publicado na revista Ciência em 1º de agosto.

"Desenvolvemos uma técnica para controlar a formação da perovskita para fazer uma célula solar com pouco menos de 20 por cento de eficiência, "disse Qi Chen, bolsista de pós-doutorado e primeiro autor do estudo com Zhou, “A perovskita é um material de baixíssimo custo de produção e muito fino, um milésimo da espessura de uma célula solar de silício normal. Pode ser flexível, pendurado na parede, ou poderia ser usado para construir uma fazenda solar. "

A perovskita também começa como uma tinta líquida, e os pesquisadores da UCLA controlaram delicadamente a dinâmica do material durante seu crescimento, que é feito ao ar em baixas temperaturas. Isso torna barata a fabricação de dispositivos de perovskita para grandes áreas com altos níveis de desempenho. A técnica melhorada pode ser usada em dispositivos baseados em perovskita de diferentes aplicações como diodos emissores de luz, transistores de efeito de campo, e sensores.

Chen disse que, porque atualmente a perovskita é instável no ar e se deteriora com o tempo, os pesquisadores estão trabalhando na estabilidade de longo prazo para torná-la mais estável. E porque o chumbo é um elemento tóxico, materiais perovskita sem chumbo ecologicamente corretos seriam um tópico atraente no futuro.

Yang disse que com a concorrência de baixo custo, células solares de alta eficiência sendo tão quentes, sua equipe busca tantos caminhos quanto podem para o objetivo de ter o mais eficiente, células solares de menor custo.