Cientistas projetaram células solares capazes de capturar quase toda a energia do espectro solar

quinta-feira, 20 de julho de 2017

Um pesquisador da Universidade George Washington ajudou a projetar e construir um protótipo para uma nova célula solar composta de várias células empilhadas em um único dispositivo capaz de capturar quase toda a energia no espectro solar.

O estudo, "Células solares baseadas em GaSb para o aproveitamento pleno de todo o espectro da energia solar", foi publicado segunda-feira 11/julho na revista Advanced Energy Materials.

O novo design, que converte luz solar direta para eletricidade com eficiência de 44,5 por cento, tem grande potencial para se tornar a célula solar mais eficiente do mundo.

A célula é montada em um mini módulo com uma relação de concentração geométrica de 744 sóis em um sistema de rastreamento de dois eixos.

A abordagem é diferente dos painéis solares comumente vistos nos telhados ou nos campos. O novo dispositivo usa painéis fotovoltaicos concentradores (CPV) que usam lentes para concentrar a luz solar em pequenas células solares de micro escala. Devido ao seu tamanho pequeno - menos de um milímetro quadrado - as células solares que utilizam materiais mais sofisticados podem ser desenvolvidas de forma econômica.

A célula empilhada funciona como uma peneira para a luz solar, com materiais especiais em cada camada absorvendo a energia de comprimento especifico de onda, disse Matthew Lumb, autor principal do estudo e pesquisador da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas. No momento em que a luz é canalizada através da pilha, quase a metade da energia disponível foi convertida em eletricidade. Em comparação, a célula solar mais comum hoje converte apenas um quarto da energia disponível nos raios solares em eletricidade.

"Cerca de 99 por cento da potência contida na luz solar direta que atinge a superfície da Terra cai entre os comprimentos de onda de 250 nanômetros e 2.500 nanômetros, mas os materiais convencionais para células solares multi-junção de alta eficiência não podem capturar toda essa faixa espectral", disse o Dr. Lumb. ."Nosso novo dispositivo é capaz de desbloquear a energia armazenada nos fótons de longa duração, perdidos nas células solares convencionais e, portanto, fornece um caminho para a realização da célula solar de multi-junção final".

Os cientistas trabalharam durante anos para desenvolver células solares mais eficientes, no entanto, esta abordagem tem dois aspectos inovadores. Ele usa uma família de materiais com base em substratos de antimônio de gálio (GaSb), que geralmente são encontrados em aplicações para laser e fotodetectores infravermelhos. Estas células solares baseadas em GaSb são montadas em uma estrutura empilhada, juntamente com células solares de alta eficiência cultivadas em substratos convencionais que capturam fótons solares de comprimento de onda mais curtos. Além disso, o procedimento de empilhamento usa uma técnica conhecida como transferência de impressão, que permite a montagem tridimensional desses pequenos dispositivos com um alto grau de precisão.

Esta célula solar em particular ainda é muito cara, mas os pesquisadores acreditam que é importante mostrar o limite superior do que é possível em termos de eficiência. Apesar dos custos atuais dos materiais envolvidos, a técnica utilizada para criar as células é promissora, dizem os pesquisadores. Eventualmente, um produto similar poderia ativar a concentração solar e trazer um produto economicamente viável ao mercado.

A pesquisa baseia-se nos avanços realizados pelo Programa MOSAIC, um projeto de pesquisa de US $ 24 milhões financiado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada-Energia que financia 11 equipes separadas nos Estados Unidos buscando desenvolver tecnologias e conceitos para revolucionar o desempenho fotovoltaico e reduzir custos. O financiamento para este tipo de pesquisa é essencial para o desenvolvimento de tecnologia comercial viável no futuro, disseram os pesquisadores.

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