A eficiência das células solares tem sido desenvolvida com a perovskita ou em paralelo com outros elementos, como o silício. No entanto, um grupo de cientistas espanhóis conseguiu superar os limites teóricos de eficiência com dois materiais: titânio e gálio.
Pela primeira vez, pesquisadores da Universidade Complutense de Madrid fabricaram uma célula solar com uma banda intermediária (IB, na sigla em inglês) usando fosfeto de gálio (GaP) e titânio (Ti). Um trabalho de 15 anos que poderia alcançar uma eficiência de conversão energética teórica na casa dos 60%.
Uma eficiência de 60%
O grupo de cientistas demonstrou, teoricamente, que uma célula de banda intermediária poderia alcançar até 60% de eficiência, mas não com os materiais e configurações tradicionais. Por isso, pretendem continuar melhorando, adicionando mais camadas de GaP para uma absorção maior de luz e, inclusive, levar essa tecnologia ao mercado.
O limite Schokley-Queisser (SQ) é um limite teórico máximo que define a quantidade de energia elétrica que uma célula solar tradicional pode gerar. Esse limite é utilizado com células solares de silício, onde a eficiência fica em torno de 30%. Por isso, os cientistas procuraram novos elementos e, no GaP, encontraram a solução.
Como fizeram?
Os cientistas da Complutense desenvolveram uma célula solar pequena de um centímetro quadrado. O objetivo era que a célula absorvesse a luz solar; para isso, usaram uma camada extremamente fina de aproximadamente 50 nanômetros de fosfeto de gálio com uma pequena concentração de titânio. Além disso, para que a eletricidade gerada pudesse fluir, adicionaram uma camada adicional de GaP e utilizaram contatos metálicos de ouro (Au) e germânio (Ge).
Para observar a eficiência, o grupo de estudos realizou diferentes testes, como a elipsometria espectroscópica para avaliar como o dispositivo absorve a luz em comprimentos de onda específicos. Dessa forma, demonstraram que o material é capaz de absorver melhor a luz abaixo de 550 nanômetros.
O que acontece com a perovskita?
Até agora, a perovskita era quem marcava a eficiência nas células solares, graças à sua fabricação simples e custo baixo. Recentemente, pesquisadores conseguiram que a perovskita superasse o limite teórico de eficiência alcançando 40%. No entanto, este novo projeto espanhol agora traz uma eficiência maior, enquanto a perovskita ainda enfrenta problemas de resistência às intempéries e durabilidade.
O futuro da eficiência das células solares continua se desenvolvendo nos laboratórios. Embora a implementação no mercado tenha sido possível através do silício, será preciso ver como ela se aperfeiçoará.
Imagens | ScienceDirect e Asurnipal
Este texto foi traduzido/adaptado do site Xataka Espanha.
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