Uma equipe de pesquisa da Academia Chinesa de Ciências (CAS) alcançou uma eficiência de conversão de energia de 10,3% para uma célula solar baseada em um absorvedor de selênio. O resultado representa um recorde mundial para esta tecnologia fotovoltaica e marca a primeira vez que ultrapassou o limite de eficiência de 10%.
“Comparado com muitos outros materiais fotovoltaicos, 10% pode parecer razoável, mas não particularmente impressionante. No entanto, a maior largura da banda do selênio resulta em uma eficiência máxima teórica muito menor”, disse Rasmus Nielsen, especialista em células solares de selênio da Universidade Técnica da Dinamarca, à pv magazine.
“Quando o desempenho do dispositivo é comparado em relação ao potencial máximo de eficiência, o selênio atinge impressionantes 41,1%, superando sulfeto de antimônio Sb₂(S,Se)₃ e até mesmo o silício amorfo (a-Si:H), apesar de décadas de pesquisa e desenvolvimento industrial. Na minha opinião, esse novo recorde representa um marco importante, e esse semicondutor irresistivelmente simples deve ser levado a sério como um absorvedor de banda larga promissor para células solares tandem e sistemas fotovoltaicos internos.”
Os detalhes de como a equipe chinesa alcançou o recorde de eficiência foram descritos por Nielsen e seu colega Peter Christian Kjærgaard Vesborg em um breve artigo intitulado “Selenium hits double digits” (Selênio atinge dois dígitos), publicado na revista Nature Energy .
Primeiramente, os pesquisadores substituíram o contato seletivo de elétrons de óxido de titânio (TiO₂) por Zn₀.₈₅Mg₀.₁₅O (ZnMgO), uma liga de óxido de zinco dopada com magnésio comumente usada em optoeletrônica. Constatou-se que o material apresentava melhor alinhamento com o absorvedor de selênio, melhorando o alinhamento de bandas e resultando em uma tensão de circuito aberto mais alta.
Em segundo lugar, o recozimento térmico convencional foi substituído pela iluminação LED de luz visível para cristalizar o filme fino de selênio depositado. “Essa abordagem foi explorada inicialmente em combinação com o recozimento térmico e, posteriormente, pelo nosso grupo, utilizando apenas um laser para cristalizar o absorvedor. A cristalização induzida por luz melhorou significativamente a morfologia da célula e, consequentemente, o fator de preenchimento”, afirmou Nielsen.
Numa terceira etapa, os pesquisadores realizaram um recozimento térmico do dispositivo completo após a deposição de todas as camadas. “Relatamos essa estratégia, que denominei recozimento em espaço fechado (CSA, na sigla em inglês), em 2024, demonstrando que ela melhora a eficiência de coleta de portadores e, consequentemente, tanto a densidade de corrente de curto-circuito quanto o fator de preenchimento”, acrescentou Nielsen.
Segundo Nielsen, a otimização cuidadosa e a combinação das três estratégias permitiram à equipe ultrapassar o limite de eficiência de 10%.
O dispositivo também atingiu uma tensão de circuito aberto de 1,03 V. Além disso, as células não encapsuladas apresentaram perda de eficiência “desprezível” após 1.000 horas de rastreamento do ponto de máxima potência em condições ambientais.
O novo design da célula foi apresentado no artigo “Recozimento assistido por iluminação permite células solares de selênio com tensão de circuito aberto acima de 1 V e eficiência superior a 10%”, que também foi publicado na Nature Energy .
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