Utilização de silício impuro poderá baratear células solares

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/08/2005

Um grupo de pesquisadores da Universidade de Berkeley, Estados Unidos, descobriu uma técnica que permite a manipulação de impurezas metálicas no silício, um avanço que poderá reduzir dramaticamente o custo das células fotovoltaicas, ou células solares.

Cerca de 90 por cento de todas as células solares fabricadas no mundo são feitas a partir de pastilhas super puras de silício, o mesmo material utilizado para fazer circuitos integrados e microprocessadores. O crescimento estrondoso tanto da indústria de semicondutores quanto da indústria de células solares, contudo, tem representado uma forte pressão nos custos desse material, aumentando seu preço.

Tentativas de se utilizar pastilhas de silício com impurezas - que são mais abundantes e baratas de serem fabricadas - falharam porque o material é ineficiente, não gerando muita energia elétrica a partir da luz do sol. Algumas técnicas permitem a retirada das impurezas, mas a um custo tão elevado que anulam o benefício da utilização de uma matéria-prima mais barata.

"Ao invés de retirar as impurezas, nós podemos deixá-las lá, mas manipulá-las de forma a reduzir seu impacto negativo sobre a eficiência da célula solar," explica o Dr. Eicke Weber, um dos participantes da pesquisa.

Os pesquisadores analisaram como os contaminantes metálicos no silício respondem a diferentes tipos de processamento, utilizando uma fonte de luz síncroton altamente sensível, capaz de detectar aglomerações metálicas de apenas 30 nanômetros de diâmetro.

Eles descobriram que esses defeitos nanoscópicos espalham-se ao longo do silício, limitando a distância média que os elétrons conseguem viajar antes de perder sua energia. Quanto maior essa distância, conhecida como comprimento de difusão da portadora minoritária, maior a eficiência de conversão energética do material.

"Nós descobrimos que uma forma de lidar com esses defeitos nanoscópicos é ajuntá-los em grandes grupos, de forma que eles se tornem menos disruptivos para os elétrons," explica Tonio Buonassisi, outro membro da equipe.

Os pesquisadores conseguiram manipular a distribuição das impurezas metálicas variando a taxa de resfriamento do silício durante o processo de sua fabricação. O silício é criado a partir de pequenos cristais de quartzo, em equipamento de alta pressão, chamados autoclave. Quando o material é esfriado rapidamente, os defeitos metálicos são mantidos espalhados. Simplesmente diminuindo a velocidade com que esse resfriamento se dá, as impurezas metálicas agrupam-se em grandes aglomerados.

"Utilizando essa técnica de resfriamento, nós fomos capazes de aumentar a distância na qual os elétrons conseguem viajar por um fator de quatro, comparado com o silício impuro que foi deixado inalterado," diz Buonassisi. "Embora isso ainda não seja tão eficiente quanto o silício ultrapuro, é uma prova de que o silício de pior qualidade pode ser facilmente melhorado. Nós agora estamos procurando por outras técnicas que possam melhorar ainda mais a eficiência do silício impuro."

A descoberta foi publicada no último exemplar da revista Nature Materials.