Da pv magazine Global
Cientistas do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar ISE (Fraunhofer ISE) na Alemanha desenvolveram um fosfeto de gálio e índio (GaInP) interno que alcançou uma eficiência de conversão de energia de mais de 40%.
GaInP é um material semicondutor III-V comumente utilizado em eletrônica de alta potência e alta frequência devido à sua maior velocidade de elétrons em comparação com o silício e o arseneto de gálio. Ele tem um bandgap de energia de 1,9 eV, que os pesquisadores descreveram como “ideal” para aplicações internas.
O arseneto de gálio (GaAs) e outros materiais III-V – nomeados em homenagem aos grupos da tabela periódica a que pertencem – estão entre os mais conhecidos em termos de potencial de eficiência para células solares. Seus altos custos de produção, no entanto, até agora os limitaram a aplicações de nicho que alimentam satélites e drones. Nesses dispositivos, o baixo peso e a alta eficiência são preocupações mais urgentes do que o custo da energia produzida.
“Investigamos o quão bem as células solares com diferentes arquiteturas funcionam em condições de pouca luz”, disse o pesquisador Malte Klitzke. “Foi demonstrado que a célula GaInP dopada com N tem um desempenho significativamente melhor do que a célula dopada com P. As células GaInP dopadas com N geram mais portadores de carga e produzem mais eletricidade, mesmo sob luz muito fraca. Isso nos permitiu alcançar eficiências muito altas com eles em nossos experimentos ao converter luz interna fraca em energia utilizável.”
No estudo “Optimization of GaInP absorber design for indoor photovoltaic conversion efficiency above 40%“, publicado na Applied Physics Letters, a equipe de pesquisa explicou que tanto o tipo P quanto o tipo N GaInP dupla heteroestrutura (DH) foram cultivados em rede combinada em arseneto de gálio (GaAs) para investigar a dinâmica do portador de carga, com dopagem sendo executada por meio de perfil eletroquímico de capacitância-tensão.
As células foram fabricadas com arquiteturas de homojunção e heterojunção traseira, com espessura de absorção de 700 nm e 850 nm, respectivamente, e foram processadas por fotolitografia e condicionamento químico úmido. “Contatos de metal ôhmico foram depositados em ambos os lados do wafer, com um contato traseiro de área total e uma grade frontal com dedos paralelos e um barramento para coleta eficiente de corrente”, disseram os acadêmicos. “Os dispositivos foram separados por gravação química úmida e um revestimento antirreflexo de duas camadas foi aplicado.”
A célula foi capaz de atingir uma eficiência de 37,5% a 100 lx e 40,9% a 1000 lx. “Para intensidades de iluminação acima de 700 lx, o dispositivo de heterojunção traseira dopado mais alto exibiu as maiores eficiências, atingindo 41,4% a 1000 lx”, observa o artigo.
Os altos níveis de eficiência foram atribuídos pela equipe de pesquisa ao absorvedor do tipo N operando em condições de pouca luz, o que, segundo eles, facilita a geração de um número “significativamente maior” de portadores de carga em excesso. “O projeto de heterojunção traseira manteve densidades de portadora de carga excessiva mais altas, levando a um fator de preenchimento superior e tensão de circuito aberto em comparação com a homojunção”, explicou ainda.
A célula solar desenvolvida destina-se ao uso em aplicações autônomas de Internet das Coisas (IoT) que operam em ambientes internos sem uma fonte de alimentação externa com fio.
Uma revisão recente das tecnologias de células fotovoltaicas internas por uma equipe de pesquisa internacional documenta mais de 250 dispositivos comerciais e laboratoriais de grandes e pequenas áreas. Abrange dispositivos orgânicos, sensibilizados por corantes e perovskita, bem como silício cristalino e amorfo, semicondutor III-V, calcogeneto e células alternativas emergentes sem chumbo. A revisão também inclui uma discussão sobre aplicações, progresso recente e estratégias usadas para projetar células mais estáveis e altamente eficientes que operam em níveis de luz muito baixos.
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