Células solares em tandem de perovskita-silício fornecem proteção extra contra degradação de polarização reversa

Da pv magazine Global

Pesquisadores da Universidade de Princeton, nos Estados Unidos, e da Universidade King Abdullah de Ciência e Tecnologia (KAUST), na Arábia Saudita, testaram a estabilidade de polarização reversa de células monolíticas em tandem de perovskita-silício, comparando seu desempenho com células solares de perovskita de haleto metálico de junção única, e descobriram que o dispositivo tandem é “protegido pela subcélula de silício sob polarização reversa”.

No artigo “Reverse-bias resilience of monolithic perovskite/silicon tandem solar cells”, que foi publicado recentemente na Joule, os cientistas observaram que a subcélula de silício oferece uma resiliência de polarização reversa em ambos os testes de polarização de tensão reversa de longo prazo no testes de nível de célula única e de sombreamento parcial no nível do módulo.

“Sabíamos que o diodo da célula solar de silício seria um resistor substancialmente maior em polarização reversa em comparação com o da célula solar de perovskita. Isso significa que o conjunto deve herdar a grande estabilidade da célula solar de silício, em vez da fraca estabilidade de polarização reversa da célula solar de perovskita por si só”, disse o coautor correspondente da pesquisa, Barry P. Brand, à pv magazine.

Ele também explicou que, normalmente, os esforços para melhorar algum aspecto de um dispositivo, como a estabilidade de polarização reversa, comprometerão então algum outro aspecto de sua operação, por exemplo, a eficiência. “Neste caso, não é assim”, afirmou. “A célula tandem de silício-perovskita é tão eficiente quanto possível e também leva a uma melhor estabilidade de polarização reversa. Isso é algo que é realmente digno de nota aqui.”

Os pesquisadores esperam que os resultados sejam significativos para as perspectivas comerciais das células solares de perovskita de silício, contribuindo para as vantagens sobre outras opções. “Eles não são apenas mais eficientes, mas também não sofrem o problema de estabilidade de polarização reversa de uma típica célula solar de junção única de perovskita. Isso influencia profundamente as perspectivas comerciais de qualquer tecnologia solar”, disse Brand.

A equipe conduziu uma série de testes de estresse para comparar a estabilidade de polarização reversa de três tecnologias de células encapsuladas. Especificamente, uma célula de perovskita de junção única, feita com uma solução de perovskita de cátion triplo com revestimento giratório em vidro, uma célula de heterojunção de heterojunção de silício de junção única fabricada em um wafer de zona flutuante Topsil e uma célula solar monolítica em tandem de perovskita-silício feita com o mesmas condições e técnicas de deposição que as células de teste de junção única, exceto para as necessárias camadas de habilitação em tandem.

As células foram encapsuladas em poliuretano termoplástico com vedação de borda entre lâminas de vidro. Para imitar a condição de polarização reversa em um cenário prático, as células foram conectadas em strings. O teste de sombreamento parcial incluiu um rastreamento inicial de ponto de potência máximo (MPPT) de 5 minutos com todas as três células expostas à iluminação de 1 sol, seguido de sombreamento total de uma das células e continuação do MPPT por 30 m, seguido por 10 minutos adicionais. MPPT com todas as três células expostas à iluminação de 1 sol. A equipe então mediu a potência de saída em todo o módulo e a queda de tensão nas células sombreadas antes, durante e depois do sombreamento.

“A distribuição de tensão favorável, em vez de uma tensão de ruptura geral melhorada, desempenha o papel mais importante no efeito de proteção contra polarização reversa”, observaram os pesquisadores.

Nas observações finais, eles disseram que as vantagens da célula tandem incluem maior eficiência, um processo de fabricação bem desenvolvido, bem como ser capaz de suportar tensões de polarização reversa para estabilidade sob condições de sombreamento parcial. Quanto à resiliência de polarização reversa das células de junção única de perovskita, eles observaram que serão necessárias melhorias para futuras pesquisas em áreas como tecnologia de processamento e camadas eficazes de barreira de bloqueio de íons.