Células solares da era espacial ficam mais baratas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/09/2008

Wafer do elemento germânio, utilizado na fabricação das células solares da era espacial, muito eficientes, mas muito caras.
[Imagem: Eberhard Bamberg]

Engenheiros da Universidade de Utah, nos Estados Unidos, descobriram como fabricar finas fatias do elemento químico germânio sem perdas desse caríssimo material, abrindo caminho para a fabricação de células solares muito mais eficientes do que as tradicionais, feitas à base de silício.

Células solares de alta eficiência

Essas células solares de alta eficiência já são fabricadas para uso em painéis solares de sondas e naves espaciais. Com a nova técnica, os pesquisadores esperam estar criando as condições para que estas células solares à base de germânio possam vir a ser utilizadas em aplicações gerais aqui na superfície, onde o custo é um fator importante.

"Nós encontramos uma forma mais eficiente de fabricar wafers de germânio para células solares - reduzindo o custo e o peso dessas células solares e fabricando-as sem defeitos," explica o estudante Dinesh Rakwal, que desenvolveu a nova técnica sob orientação do professor Eberhard Bamberg.

Cristais de germânio

Como o silício, os cristais de germânio são cultivados artificialmente na forma de grandes cilindros, que devem ser cortados em fatias - os chamados wafers - para a fabricação das células solares e outros componentes eletrônicos.

O problema é que o germânio é quebradiço demais, e o processo de corte resulta em um grande número de perdas e em wafers com defeitos. O corte é feito com serras de fitas de aço, desenvolvidas para o silício, que é 100 vezes mais resistente do que o germânio.

Eletroerosão

A nova técnica utiliza um fio extremamente fino de molibdênio pelo qual passa uma corrente elétrica. Essa técnica, chamada eletroerosão, é largamente utilizada na indústria, mas nunca havia sido aprimorada para uso com os cristais semicondutores.

Evitando a quebra das fatias de germânio, a técnica de eletroerosão permite a produção de wafers mais finos. E, como o próprio fio de molibdênio é mais fino do que as serras de aço tradicionais, uma menor quantidade de germânio é perdida no próprio processo de serragem.

Germânio

O germânio bruto custa cerca de US$1.500,00 dólares o quilograma. Cada fatia do cristal puro, com quatro polegadas de diâmetro, custa entre US$80,00 e US$100,00. É por isto que as células solares feitas com esse semicondutor até hoje somente são utilizadas em aplicações muito específicas, onde o custo dos painéis solares não é um fator determinante, como nas sondas espaciais e satélites artificiais.

Uma célula solar de silício tem uma eficiência típica de 20%, enquanto as células solares de germânio são 40% melhores. O germânio fica na base das células solares multijunção. Acima dele são colocadas camadas de arseneto de gálio-índio e fosfeto de gálio-índio. As camadas trabalham juntas para capturar diferentes comprimentos de onda da luz do Sol.