Um grupo de pesquisa da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU) desenvolveu um método para fazer uma célula solar de material ultra-alto eficiente usando nanofios semicondutores. Se isso for colocado em cima de uma célula solar tradicional à base de silício, pode potencialmente dobrar a eficiência das células solares de Si atuais a baixo custo.
“Temos um novo método de usar material de arseneto de gálio (GaAs) de uma forma muito eficaz por meio da nanoestruturação, para que possamos tornar as células solares muito mais eficientes usando apenas uma pequena fração do material normalmente usado”, disse Anjan Mukherjee, um Ph.D. candidato no Departamento de Sistemas Eletrônicos. Mukherjee é o principal desenvolvedor da técnica.
O arsenieto de gálio (GaAs) é o melhor material para fazer células solares de alta eficiência devido à sua extraordinária absorção de luz e características elétricas. É comumente usado para fazer painéis solares principalmente para uso no espaço.
No entanto, os componentes de células solares de GaAs de alta qualidade são muito caros para fabricar, o que gerou uma demanda por técnicas que podem reduzir o uso do material.
Nos últimos anos, percebeu-se que uma estrutura de nanofio pode aumentar potencialmente a eficiência da célula solar em comparação com as células solares planas padrão, mesmo que menos material seja usado.
“Nosso grupo de pesquisa encontrou uma nova maneira de fazer uma célula solar com uma relação potência por peso ultra-alta que é mais de 10 vezes mais eficiente do que qualquer outra célula solar, usando GaAs em uma estrutura de nanofio”, disse Helge Weman, professor no Departamento de Sistemas Eletrônicos da NTNU.
A pesquisa do grupo foi publicada na ACS Photonics, um jornal da American Chemical Society.
Método pioneiro
As células solares de GaAs são mais frequentemente cultivadas em um substrato de GaAs espesso e caro, o que deixa pouco espaço para redução de custos.
“Nosso método usa uma estrutura de arranjo de nanofios semicondutores verticalmente em uma plataforma de Si barata e favorável à indústria para fazer crescer os nanofios”, disse Weman.
“A solução mais econômica e eficiente é cultivar uma célula dual tandem, com uma célula de nanofio de GaAs na parte superior cultivada em uma célula de Si inferior, o que evita o uso de um substrato de GaAs caro. Trabalhamos para minimizar o custo de crescer a célula de nanofio de GaAs superior, porque é o custo de fabricação de GaAs que é um dos principais problemas que atualmente está atrasando a tecnologia “, explica Weman.
“A pequena pegada da estrutura do nanofio oferece um benefício adicional, porque permite alta qualidade nos cristais no nanofio e na interface com o silício. Isso ajuda a melhorar o desempenho da célula solar”, disse Bjorn-Ove Fimland, professor em o mesmo departamento.
O desenvolvimento dessa tecnologia pode ser direto e econômico com investimentos apropriados e projetos de P&D em escala industrial.
?Nós cultivamos os nanofios usando um método chamado MBE (epitaxia de feixe molecular), que não é uma ferramenta que pode produzir materiais em alto volume. No entanto, é possível produzir essas células solares baseadas em nanofios em grande escala usando um dispositivo industrial ferramenta de escala, como MOCVD (deposição de vapor orgânico de metal) “, disse Mukherjee.
Integrar este produto no topo de uma célula de Si pode melhorar potencialmente a eficiência da célula solar em até 40% – o que significaria uma eficiência dobrada em comparação com as células solares de Si comerciais atuais.
Adequado para viagens espaciais
Os pesquisadores dizem que sua abordagem pode ser adaptada para que os nanofios cresçam em substratos diferentes, o que pode abrir a porta para muitas outras aplicações.
“Estamos explorando o crescimento desse tipo de estrutura de nanofio leve em substratos bidimensionais atomicamente finos, como o grafeno. Isso poderia abrir enormes oportunidades para produzir células solares leves e flexíveis que podem ser usadas em drones com alimentação própria, micro -satélites e outras aplicações espaciais “, disse Mukherjee.
Publicado em 08/11/2021 09h12
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