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Eficiência recorde alcançada por célula solar de filme fino

Fina como papel, mas altamente eficiente: Uma célula solar em tandem com perovskita e CIGS. (Fonte da imagem: G. Farias Basulto/HZB)
Fina como papel, mas altamente eficiente: Uma célula solar em tandem com perovskita e CIGS. (Fonte da imagem: G. Farias Basulto/HZB)
Essas células CIGS são flexíveis e requerem apenas uma fração do material usado nas células solares de silício. A combinação dessas células com perovskita aumenta significativamente sua eficiência.

Cada filme tem incríveis 2 μm de espessura e, na verdade, é composto por quatro camadas empilhadas umas sobre as outras: uma camada de cristal CIGS (composta de cobre, índio, gálio e selênio), uma camada intermediária feita de óxido de zinco dopado com alumínio, uma camada de perovskita e uma camada de contato na parte inferior.

Em contrapartida, a camada ativa em um módulo solar disponível comercialmente precisa ser pelo menos cem vezes mais espessa. Isso resulta em um uso substancialmente maior de material, maior peso e falta de flexibilidade para outras aplicações em potencial.

Ao otimizar as superfícies de contato entre as duas seções de uma célula solar em tandem, que precisa deixar a luz passar com o mínimo de interferência possível, os pesquisadores conseguiram aumentar a eficiência da célula para 24,6%. Esse número foi verificado pelo Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE usando um processo de medição específico.

As várias camadas só são visíveis em um microscópio eletrônico de varredura. (Fonte da imagem: G. Farias Basulto/HZB)
As várias camadas só são visíveis em um microscópio eletrônico de varredura. (Fonte da imagem: G. Farias Basulto/HZB)

Os pesquisadores do Helmholtz-Zentrum também estão confiantes de que a eficiência pode ser aumentada para mais de 30%. Isso colocaria a solução de filme fino entre as melhores células solares em tandem, mas com uma fração do consumo de materiais.

Embora não saibamos qual será a durabilidade do filme fino em uso a longo prazo, os módulos solares baseados em perovskita - pelo menos os altamente eficientes - sofrem uma perda considerável de eficiência quando a umidade e a luz solar entram em ação.

O processo de produção também precisa ser significativamente simplificado antes que a célula de filme fino esteja pronta para o uso no mundo real. A aplicação adequada de camadas com menos de 1 μm de espessura requer um sistema de cluster com câmaras de vácuo e câmaras de transferência, o que significa que a tecnologia ainda está muito longe do reino dos painéis solares de 300 dólares.

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Mario Petzold, 2025-02- 6 (Update: 2025-02- 7)