Defeitos aumentam eficiência das células solares

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/02/2024

Visualização da transferência das quasipartículas éxcitons do tetraceno para o silício.
[Imagem: Paderborn University/Bocchini]

Célula orgânica-inorgânica

Físicos da Universidade de Paderborn, na Alemanha, usaram simulações computacionais para desenvolver um novo projeto para células solares que são significativamente mais eficientes do que as disponíveis hoje.

O pulo do gato está em adicionar uma fina camada de material orgânico, conhecida como tetraceno, sobre a célula solar tradicional, o que gera um aumento substancial na eficiência da conversão da luz em eletricidade.

"Para aumentar a eficiência, a célula solar de silício pode ser dotada de uma camada orgânica, por exemplo feita do semicondutor tetraceno. A luz de ondas curtas é absorvida nesta camada e convertida em excitações eletrônicas de alta energia, os chamados éxcitons.

"Esses éxcitons decaem no tetraceno em duas excitações de baixa energia. Se essas excitações puderem ser transferidas com sucesso para a célula solar de silício, elas poderão ser convertidas com eficiência em eletricidade e aumentar o rendimento geral de energia utilizável," explicou o professor Wolf Schmidt.

O curioso é que o que era considerado defeito agora virou um trunfo.
[Imagem: Marvin Krenz et al. - 10.1103/PhysRevLett.132.076201]

Quando defeitos são bem-vindos

A principal descoberta da equipe é que defeitos especiais, na forma de ligações químicas insaturadas na interface entre o filme de tetraceno e a célula solar, aceleram dramaticamente a transferência dos éxcitons nessas células solares híbridas.

"Esses defeitos ocorrem durante a dessorção do hidrogênio e causam estados de interface eletrônica com energia flutuante. Essas flutuações transportam as excitações eletrônicas do tetraceno para o silício como um elevador," comparou Schmidt.

Curiosamente, esses "defeitos" nas células solares hoje são associados a perdas de energia. "No caso da interface tetraceno-silício, os defeitos são essenciais para a rápida transferência de energia. Os resultados das nossas simulações computacionais são verdadeiramente surpreendentes. Eles também fornecem indicações precisas para o projeto de um novo tipo de célula solar com eficiência significativamente aumentada," concluiu Schmidt.

O próximo passo será construir células solares com uma camada de tetraceno e testar sua eficiência na prática.

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