Como as ligas de selênio proporcionam um filme fino de CdTe

Comparando a distribuição de selênio no material (esquerda) com a luminescência do material, que é claramente mais brilhante em áreas com mais selênio. Editorial: Universidade de Loughborough

Um novo estudo realizado por uma equipe internacional de cientistas das principais instituições do Reino Unido e dos Estados Unidos fornece uma explicação sobre como a adição de seleneto pode melhorar significativamente a eficiência das células solares de telureto de cádmio. Explicar o aumento de desempenho fornecerá aos pesquisadores uma rota para explorar mais melhorias de eficiência, aumentando ainda mais o custo do material.

Vários estudos confirmaram que a adição de selênio ao material de células solares de telureto de cádmio (CdTe) pode fornecer um aumento significativo de eficiência. Os principais painéis solares de CdTe atualmente no mercado têm cerca de 17% de eficiência de conversão, e a liga de selênio no material aumentou isso para o atual recorde mundial de 22,1% , estabelecido pela First Solar em 2016.

Mas o mecanismo que causou esse aumento de eficiência não foi bem entendido, limitando seu progresso. Agora, uma equipe internacional de pesquisadores liderada pela Universidade de Loughborough, no Reino Unido, foi capaz de observar as propriedades de luminescência do material e fornecer uma explicação para o fenômeno. Seus resultados são publicados no artigo Entendendo o papel do selênio na passivação de defeitos para células solares de telureto de cádmio de selênio de alta eficiência , publicado na revista Nature Energy .

Experiências usando catodoluminescência e espectrometria de massa de íons secundários mostraram que a adição de selênio tem o efeito de passivar defeitos no cristal da camada de CdTe - o que significa que os elétrons gerados quando a luz do sol atinge o material são menos propensos a ficar preso no material e se recombinar.

Os pesquisadores compararam a luz emitida de áreas com pouco ou nenhum selênio com áreas do material onde o selênio estava mais concentrado. "Nós mapeamos a luminescência emitida a partir de uma célula solar contendo selênio em uma resolução de cerca de 1 / 10.000th de um milímetro e comparamos com um mapa similarmente de alta resolução da concentração de selênio tomada exatamente na mesma área da célula" explica Tom Fiducia, um estudante de Ph.D no Centro de Tecnologia de Energia Renovável da Universidade de Loughborough e o principal autor do artigo. “É notavelmente óbvio quando você vê os dados que as regiões ricas em selênio luminesce muito mais brilhantes do que o telureto de cádmio puro, e o efeito é notavelmente forte”.

Entender o mecanismo por trás do aumento da eficiência permitirá aos cientistas olhar para otimizá-lo para ganhos ainda maiores. "Isso poderia ser simplesmente aumentando a quantidade de selênio nos dispositivos ou alterando suas distribuições dentro da célula", explica Fiducia. "Espero que os resultados possam ser úteis para outros pesquisadores e, em última análise, causar um impacto positivo".