Descoberto novo princípio fotovoltaico para criação de células solares

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/11/2022

Conceito da célula fotovoltaica de heterojunção de fase.
[Imagem: Pixelwg/Jörg Bandmann]

Heterojunções

As células solares líderes do mercado, feitas de silício, são compostas da junção de dois materiais com características diferentes - uma heterojunção.

A heterojunção fornece o ambiente energético favorável para separar as cargas elétricas; por exemplo, o silício pode ser dopado com elementos diferentes para compor uma junção p-n, com um material do tipo p (positivo) e outro n (negativo).

Já as células solares orgânicas dependem da mistura de diferentes tipos de materiais (doadores e receptores de cargas) para formar uma heterojunção em seu próprio interior, sem uma divisão fisicamente clara entre os dois tipos de materiais.

Ran Ji e seus colegas da Universidade Técnica de Dresden, na Alemanha, criaram agora um conceito inteiramente novo para criar um heterojunção fotovoltaica: Usando um único material.

Para isso, a equipe tirou proveito do fato de que muitos materiais podem existir em diferentes configurações estruturais, denominadas fases cristalinas. Esse fenômeno, chamado polimorfismo, significa que um mesmo material pode apresentar diferentes propriedades, dependendo dos arranjos específicos de átomos e moléculas em sua estrutura cristalina.

Ao fazer a interface entre duas dessas fases do mesmo material, a equipe demonstrou pela primeira vez a formação de células solares de heterojunção de fase.

Como usa um único material, o processo de fabricação destas novas células solares é mais simples.
[Imagem: Ran Ji et al. - 10.1038/s41560-022-01154-y]

Célula solar de heterojunção de fase

O material, o iodeto de chumbo e césio, pertence à classe das perovskitas, e foi usado nas fases cristalinas conhecidas como beta e gama.

"As propriedades ópticas e eletrônicas do iodeto de chumbo e césio em sua fase beta e gama são diferentes umas das outras," explicou a professora Yana Vaynzof. "Ao colocar uma perovskita-gama sobre uma perovskita-beta, conseguimos fabricar uma célula solar de heterojunção de fase, que é significativamente mais eficiente em comparação com as células solares baseadas em perovskitas de fase única".

E a célula solar de heterojunção de fase já nasce concorrendo em pé de igualdade com suas primas mais conhecidas.

"Camadas mais espessas de fase gama resultaram em uma melhoria significativa em todos os parâmetros de desempenho fotovoltaico, com o dispositivo campeão atingindo uma eficiência de conversão de energia de mais de 20%," disse Ji.

Como muitas classes de semicondutores apresentam polimorfismo, esta demonstração de conceito promete abrir caminho para aplicações inteiramente novas, que operem com base em heterojunções de fase, que poderão ser criadas a partir de um único material usando processos de fabricação simples e baratos.

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