Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA UU. relatórios sobre novos avanços na redução do custo das células solares III-V. Os cientistas refinaram sua tecnologia D-HVPE 'nova e com 50 anos de idade' para aumentar o rendimento de células solares de arseneto de gálio por um fator superior a 20. O desenvolvimento é um passo potencial para reduzir o custo de As células solares são incrivelmente eficientes para fins cotidianos.
Dennis Schroeder / NREL
O arseneto de gálio (GaAs) e outros materiais III-V, nomeados de acordo com os grupos aos quais pertencem na tabela periódica, estão entre os mais conhecidos em termos de potencial de eficiência para células solares. Mas o custo até agora os limitou a aplicações que alimentam satélites e drones.
No ano passado, cientistas do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) nos Estados Unidos começaram a trabalhar com um processo chamado epitaxia dinâmica em fase de vapor de hidreto (D-HVPE), que muitos na comunidade de P&D solar eles consideram obsoletos e ineficientes e descobriram que isso poderia reduzir bastante o tempo de produção das células, reduzindo significativamente os custos. De acordo com Kelsey Horowitz, do NREL Strategic Energy Analysis Center, com mais otimizações para o processo e as economias de escala, o custo de produção de células solares III-V atualmente pode cair entre US $ 0,20 e US $ 0,80 / W.
O NREL publicou os detalhes da primeira dessas otimizações. Em um artigo publicado na Nature Communications , os cientistas relatam uma taxa de crescimento aprimorada para uma camada base de cerca de 23 segundos, em comparação com mais de oito minutos no processo anterior. "Se pudermos reduzir custos, isso abriria muitos mercados onde esses dispositivos seriam úteis", disse Aaron Ptak, cientista sênior da NREL. "Em qualquer lugar que você precise de um dispositivo de alta eficiência, fino, leve e flexível, como estojos de carregamento eletrônico, veículos elétricos, sistemas fotovoltaicos embutidos em prédios, telhados, drones".
Mais de 29% de eficiência
O processo D-HVPE já produziu células com 25% de eficiência. A equipe da NREL espera atingir 27% usando seu design e diz que as maiores eficiências já alcançadas com taxas de crescimento muito mais lentas não devem estar fora de alcance. "Fundamentalmente, não vemos nenhuma razão pela qual não possamos alcançar eficiências de MOVPE superiores a 29%", disse o co-autor do documento Kevin Schulte, referindo-se ao processo de epitaxia na fase de vapor orgânico metálico. "Existem alguns obstáculos técnicos que precisamos eliminar para chegar lá, mas estamos trabalhando neles."
A equipe usou o D-HVPE para cultivar camadas de GaAs a uma taxa de até 320 micrômetros por hora e 206 micrômetros por hora para fosfeto de índio-gálio, usado como uma camada passivadora nas células GaAs e como uma camada absorvente de GaAs. luz Os pesquisadores da NREL também disseram que o processo elimina muitos dos materiais caros necessários na produção do MOVPE.
"O que prometemos é a mesma eficiência do dispositivo, a mesma qualidade do material, mas a um custo muito baixo", acrescentou Ptak. "As altas taxas de crescimento que levam ao alto desempenho são uma das maneiras pelas quais vamos reduzir custos".
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