As células solares convencionais à base de silício desempenharam, sem dúvida, um papel significativo no avanço da energia renovável. No entanto, alcançar novas melhorias de desempenho tornou-se cada vez mais desafiador, com os dispositivos atingindo os seus limites práticos de eficiência. Como resultado, os cientistas têm explorado novas tecnologias para combinar com células de silício para desbloquear maiores eficiências.

Células solares de silício cristalino chamadas perovskitas emergiram rapidamente como uma tecnologia atraente graças às suas impressionantes eficiências de conversão de energia (PCEs) e às perspectivas de montagem em baixa temperatura e baixo custo. No entanto, estas células são suscetíveis a alterações induzidas por voltagem, tornando-as vulneráveis ​​a fatores externos, como a sombra projetada por estruturas próximas, árvores, folhas, areia, neve e até mesmo procedimentos de limpeza. Isso pode fazer com que um módulo inteiro falhe em minutos.

Agora, pesquisadores da Universidade de Princeton e da Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah (KAUST) na Arábia Saudita combinaram com sucesso células solares de silício e subcélulas de perovskita em uma célula solar tandem para aumentar a eficiência geral e fortalecer a estabilidade. A combinação de ambas as células oferece maior eficiência do que qualquer uma das células pode alcançar individualmente e protege a vulnerável célula solar de perovskita da quebra induzida por voltagem.

“As células solares tandem já demonstraram eficiências de conversão de energia que são maiores do que as células solares de silício ou perovskita sozinhas”, disse o líder da pesquisa Barry Rand. Embora as células solares de silício e perovskita tenham demonstrado eficiências de cerca de 27% e 26%, respectivamente, os dispositivos tandem já atingiram eficiências superiores a 33% no espaço de apenas uma década de pesquisa.

“Pensamos que, além de sua maior eficiência, as células solares tandem também poderiam resolver alguns dos desafios de estabilidade enfrentados pelas perovskitas, ligando-as a células de silício, que são muito mais estáveis”, disse ele. Rand disse.

Para testar a sua hipótese, os investigadores construíram três séries de células solares. Uma corda consistia apenas em células de silício, outra consistia apenas em células de perovskita e a terceira era composta por células solares em tandem, com ambas as tecnologias conectadas em série. A equipe então sombreou uma das células em cada sequência para simular condições de sombreamento parcial, que os painéis provavelmente enfrentarão durante sua longa vida útil.

O sombreamento parcial normalmente leva à falha das células solares de perovskita, pois as células sombreadas forçam a carga a fluir através da célula inativa, causando degradação da célula e de todo o módulo. Por outro lado, as células solares de silício são mais robustas às flutuações de tensão e podem suportar sombreamento parcial com menos problemas.

Como esperado, o módulo somente de perovskita deteriorou-se rapidamente após sombreamento parcial, enquanto o módulo de silício foi minimamente impactado. No entanto, o módulo tandem foi tão durável quanto o módulo somente de silício, indicando que a conexão das duas tecnologias permitiu que as células de silício mascarassem a fragilidade da perovskita.

“Quando você combina dois materiais diferentes para formar um produto final, geralmente é o elo mais fraco que acaba determinando a resistência geral da corrente”, disse o coautor Stefaan De Wolf, professor de ciência e engenharia de materiais na KAUST, no comunicado à imprensa. “Mas, neste caso, é na verdade o componente mais forte que protege o mais fraco.”

Os pesquisadores disseram que suas descobertas demonstram que o sombreamento parcial pode ser uma preocupação insignificante para dispositivos solares tandem conectados em série.

A equipe apontou a existência de vários desafios que precisam ser enfrentados antes que as células solares tandem possam atingir a vida útil esperada das tecnologias solares comerciais, incluindo a sua fraca resiliência ao calor. Apesar desses desafios, eles acreditam que os dispositivos tandem têm o potencial de impulsionar uma maior evolução na pesquisa solar, uma vez que as células solares de silício atinjam seus limites superiores de eficiência de conversão de energia.

Atualizado em by By JEFF AMY - Associated Press
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