Células solares tandem de perovskita e silício têm potencial de eficiência prática de 39,5%

Da pv magazine Global

Um grupo de pesquisadores do Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Fraunhofer ISE), da Alemanha, estimou que o potencial prático de eficiência de conversão de energia das células solares em tandem de perovskita e silício pode chegar a 39,5%.

“O potencial de eficiência prática calculado de 39,5% para um dispositivo tandem de silício perovskita sob condições de medição padrão (STC) pode servir como um insumo para futuros estudos de pesquisa e desenvolvimento que são necessários para uma melhor compreensão do sistema completo antes da comercialização da promissora tecnologia de célula solar tandem”, o autor correspondente da pesquisa, Oussama Er-raji, informou à pv magazine.

“Neste trabalho, caracterizamos extensivamente uma célula solar em tandem de silício perovskita totalmente texturizada para determinar suas perdas de desempenho”, disse o coautor Christoph Messmer. “Ao implementar as características extraídas do dispositivo em um modelo de simulação TCAD do Sentaurus, obtivemos uma reprodução das características ópticas e elétricas do dispositivo experimental. Posteriormente, aliviando uma etapa de cada vez as restrições de perda, o modelo de simulação identificou o impacto de cada canal de perda na eficiência.”

O Sentaurus CAD é um simulador multidimensional capaz de simular as características elétricas, térmicas e ópticas de dispositivos baseados em silício. Também é usado para simular as características optoeletrônicas de dispositivos semicondutores, como sensores de imagem e células fotovoltaicas.

No estudo “Loss Analysis of Full-Textured Perovskite Silicon Tandem Solar Cells: Characterization Methods and Simulation toward the Practical Efficiency Potential“, publicado na RRL Solar, a equipe de pesquisa disse que investigou deficiências de tensão, corrente e fator de preenchimento em uma célula solar em tandem de silício perovskita totalmente texturizada com base em uma camada de recombinação de óxido de índio de estanho (ITO) de 20 nm de espessura colocada entre as células superior e inferior.

A subcélula se baseou em um absorvedor de perovskita de 630 nm de espessura com bandgap de energia de 1,67 eV, uma camada de carbazol (2PACz), uma camada tampão de óxido de estanho fino de 20 nm (SnO_{x), uma} camada de transporte de elétrons (ETL) baseada em um buckminsterfulereno (C60), uma camada de janela ITO, um contato metálico de prata (Ag) e um revestimento antirreflexo à base de fluoreto de magnésio (MgF2). “A célula solar em tandem de silício perovskita totalmente texturizada fornece um PCE estabilizado de 26,7% quando operada em uma tensão fixa próxima ao ponto de potência máxima”, disseram os pesquisadores.

Os cientistas conduziram sua análise de perda abrangente no dispositivo tandem considerando alta resistência em série, incompatibilidade de corrente nas subcélulas, altas perdas de recombinação não radiativa e desalinhamento de banda na interface entre o absorvedor de perovskita e o ETL.

Eles identificaram os mecanismos de perda mais significativos na interface perovskita/C60 (−4,6%), na resistência em série (−2,9%) e no manejo da luz (−2,1%). “Ao reduzir as origens dessas perdas uma etapa de cada vez, calculamos as melhorias de eficiência mitigando cumulativamente os canais de perda caracterizados, atingindo um potencial de eficiência prática de 39,5% para essa arquitetura de dispositivo”, explicaram.

Os pesquisadores também observaram que o limite de eficiência de 39,5% pode ser excedido apenas mudando a arquitetura da célula, eventualmente substituindo o C60 por um ETL mais transparente e encontrando alternativas mais transparentes para as camadas de ITO. “Apesar de esta análise mostrar um cenário bastante idealizado na resolução das limitações do dispositivo, ainda é útil avaliar o aumento de eficiência ‘ideal’ para cada limitação”, sublinharam.