Um artigo de pesquisa de cientistas do Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA descreve uma nova abordagem para a produção de células à base de arsenieto de gálio. A abordagem, denominada “germânio em nada”, poderia permitir a produção rentável e em alto volume de células fotovoltaicas baseadas em materiais III-V, como o arseneto de gálio.
Uma célula solar flexível de GaAs criada por cientistas da NREL em fevereiro.
Imagem: Dennis Schroeder / NREL.
Cientistas do Laboratório Nacional de Energia Renovável dos Estados Unidos (NREL) e do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia demonstraram um método de produção de células solares de arsenieto de gálio (GaAs) com um substrato de germânio reutilizável. Os pesquisadores dizem que a técnica leva o potencial de células de GaAs produzidas de forma barata um passo mais perto.
Células feitas a partir de tais materiais são bem conhecidas pelo seu forte desempenho e eficiência - o NREL trabalhou anteriormente com a Microlink Devices, sediada em Chicago, para produzir uma célula de três junções com um recorde de eficiência de conversão de 37,75%.
No entanto, o custo de produzir esses dispositivos os confinou a aplicações de nicho, como drones e satélites, onde o baixo peso e a alta eficiência são preocupações mais prementes do que o custo em relação à energia produzida. Várias empresas e institutos de pesquisa, no entanto, estão trabalhando em métodos para reduzir os custos de produção de GaAs e células solares III-V - que incluem materiais desses grupos da tabela periódica - a níveis aceitáveis para a produção comercial.
A abordagem do 'germânio sobre nada' tomada pela equipe, descrita no artigo Germânio-em-Nada para o Levantamento Epitaxial de Células Solares de GaAs - publicado na revista Joule - envolve a criação de uma fina camada de germânio em um wafer de germânio. o crescimento de uma célula de GaAs no topo da camada fina. Ambos os níveis são então retirados do wafer de germânio, permitindo que ele seja reutilizado como substrato. O processo cria uma série de poros na pastilha de germânio cujo tamanho e distribuição permitem uma abertura - o "nada" - entre o germânio fino e a bolacha.
O substrato reutilizável reduz os custos
Usando o processo, a equipe produziu uma célula solar de 14,44% de GaAs. David Young, cientista sênior do grupo de fotovoltaicos cristalinos de alta eficiência da NREL, disse que as otimizações no processo podem trazer eficiências bem acima de 20%. "Esta é a primeira vez que GON [germânio em nada] foi demonstrado com uma superfície suficientemente lisa para permitir o crescimento epitaxial de alta qualidade de GaAs", disse ele.
O NREL estima que os substratos semicondutores para o crescimento celular representam cerca de 30% do custo de uma célula solar III-V. Um substrato reutilizável pode trazer uma economia significativa. O laboratório, no entanto, não indicou quantas vezes o wafer de germânio poderia ser reutilizado e não forneceu uma estimativa dos custos que podem ser alcançados com o processo, afirmando apenas que “esta técnica poderia permitir o custo efetivo e alto volume. produção de células solares simples e multijunções III-V”.
O processo desenvolvido pela Microlink, que produziu a célula eficiente de 37,75% no ano passado, baseou-se em um substrato de arsenieto de gálio que também pode ser reutilizado para reduzir custos, mas não há alegação de que a tecnologia possa contribuir significativamente para a produção econômica.
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