Novo design de célula solar de seleneto de estanho promete eficiência de 36,45%

Da pv magazine Global

Pesquisadores da Universidade de Rajshahi, em Bangladesh, fizeram uma nova tentativa de projetar células solares baseadas em um absorvedor de seleneto de estanho (SnSe) e afirmam que sua nova solução pode levar ao desenvolvimento de dispositivos altamente eficientes.

“O SnSe tem condutividade elétrica inata do Tipo P, o que levanta a possibilidade de usá-lo como material absorvedor na tecnologia de energia solar fotovoltaica”, disseram os cientistas, observando que esse composto alcançou até agora baixas eficiências em aplicações práticas de células solares. “De acordo com o índice Shockley-Queisser, a eficiência máxima de conversão fotovoltaica para cada tipo de estrutura SnSe é estimada em cerca de 32%.”

A célula solar está planejada para ser fabricada com um substrato de óxido de índio estanho (ITO), uma camada de janela de sulfeto de cádmio (CdS) do tipo N com um bandgap de 2,40 eV, um absorvedor SnSe do tipo p com um bandgap de 1,20 eV, uma camada de filme fino de cobre/índio/selênio (CIS) do Tipo P com um  bandgap de 1,12 eV, uma camada de campo de superfície posterior (BSF) feita de disseleneto de tungstênio (WSe 2) com um bandgap de 1,65 eV e um contato metálico de níquel (Ni).

Na configuração celular proposta, a janela de CdS tem uma espessura de 100 nm, que os cientistas disseram que atenua a absorção parasitária, e o absorvedor de SnSE tem uma espessura de 600 nm, que deve se equilibrar entre maximizar a absorção e evitar a perda devido à recombinação do portador.

“A espessura de 200 nm para o aumentador CIS representa um valor otimizado onde a espessura mais alta não aumenta significativamente a eficiência”, explicaram. “Por fim, a espessura de 100 nm para o WSe2 BSF foi escolhida porque seu impacto foi relativamente baixo neste contexto.”

O grupo de pesquisa testou o projeto da célula solar por meio de uma série de simulações por meio do  software de capacitância de célula solar SCAPS-1D, que é uma ferramenta de simulação para células solares de filme fino que foi desenvolvida pela Universidade de Ghent, na Bélgica, para modelar o desempenho de células solares.

Os pesquisadores escolheram como célula de referência um dispositivo fotovoltaico de junção única com 26,12% de eficiência de conversão de energia e baseado exclusivamente em um absorvedor SnSE e uma camada de CdS. Suas simulações mostraram que, com a adição da camada BSF, a eficiência celular pode ser elevada para 33,88%, e que a adição de uma camada CIS pode elevá-la para até 36,45%.

“Mas o dispositivo n-CdS/p-SnSe/p+-CuInSe2/p++-WSe2 proposto é capaz de gerar alta corrente e tensão”, afirmaram. “Este número indica claramente que a corrente aumenta enormemente de 38,62 mA/cm2 para 42,54.” A célula também alcançou uma tensão de circuito aberto de 1.010 V e um fator de preenchimento de 85,01%.

O projeto da célula solar foi apresentado no artigo “Modeling and efficiency enhancement of SnSe thin film solar cell with a thin CIS layer“, publicado na Results in Materials. “Essas descobertas de simulação em profundidade demonstram o enorme potencial do absorvedor SnSe com a camada de aumento de corrente CIS para a criação de uma célula solar de filme fino que é acessível e altamente eficiente”, concluíram os acadêmicos.