'Turbocompressão' silício PV: cientistas do MIT arranham a superfície da fissão de exciton singlet

Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveram um dispositivo que, segundo eles, poderia "turbinar" uma célula fotovoltaica de silício de junção única, empurrando a tecnologia além de seu limite teórico para eficiências de 35% ou mais.

Até mesmo a eficiência de 35% prevista pelos pesquisadores do MIT poderia ser melhorada.

Imagem: Nick Stenning / Wikimedia Commons

Um artigo publicado na semana passada na revista Nature detalhou como os cientistas do MIT demonstraram como um efeito conhecido como singlet exciton fission poderia ser aplicado a células solares de silício e poderia levar a eficiências celulares de até 35%.

A fissão de exciton singlete é um efeito visto em certos materiais em que um único fóton (partícula de luz) pode gerar dois pares de elétrons-furos à medida que é absorvido em uma célula solar em vez do usual. O efeito foi observado pelos cientistas desde a década de 1970 e, embora tenha se tornado uma importante área de pesquisa para alguns dos principais institutos do mundo na última década; traduzir o efeito em uma célula solar viável provou ser complexo.

No papel Sensitization of silicon por singlet exciton fission in tetracene, os cientistas afirmaram ser o primeiro grupo a transferir o efeito de um dos materiais 'excitônicos' conhecidos para exibi-lo, neste caso o tetraceno - um semicondutor orgânico de hidrocarboneto, em cristalino silício. Eles conseguiram a façanha colocando uma camada adicional de apenas alguns átomos de oxinitreto de háfnio entre a célula solar de silício e a camada excitante de tetraceno.

"Acontece que essa pequena minúscula faixa de material na interface entre esses dois sistemas acabou definindo tudo", explicou o principal autor Markus Einziger, um estudante de pós-graduação do Center for Excitonics do MIT. "É por isso que outros pesquisadores não conseguiram fazer com que esse processo funcionasse e por que finalmente conseguimos."

Efeito de ponte

A camada de oxinitreto de háfnio age como uma “ponte legal”, possibilitando que fótons de alta energia gerados na camada de tetraceno desencadeiem a liberação de dois elétrons na célula de silício. Os cientistas relataram que a descoberta viu uma duplicação da produção de energia das partes verde e azul do espectro de luz.

No entanto, enquanto eles especulam que o desenvolvimento poderia aumentar a eficiência das células solares de silício para um máximo de cerca de 35% - além do limite teórico para o silício solar de junção única - elas não incluíam as eficiências realmente alcançadas em seus experimentos.

Os pesquisadores afirmaram que, enquanto seu trabalho recém-publicado fornece a "etapa crucial" de acoplar os dois materiais de forma eficiente, ainda há trabalho a ser feito. "Ainda precisamos otimizar as células de silício para esse processo", disse o professor de engenharia elétrica e ciência da computação do MIT, Marc Baldo. "No geral, os aplicativos comerciais provavelmente ainda estão fora de alguns anos".

A eficiência pode ser ainda maior

Os pesquisadores do MIT estavam interessados ​​em adicionar o seu trabalho, que eles descreveram como “turbinar” células solares de silício, diferindo das abordagens mais comuns para aumentar a eficiência das células solares, que atualmente estão mais focados nos conceitos de células em tandem. "Estamos adicionando mais corrente no silício em vez de fazer duas células", disse Baldo.

A equipe continuará seu trabalho com os materiais, que podem ter o potencial de atingir eficiências para o silício de junção única além dos 35% da teoria. "Sabemos que oxinitreto de háfnio gera carga adicional na interface que reduz as perdas por um processo chamado passivação de campo elétrico", disse Einziger. "Se pudermos estabelecer um melhor controle sobre esse fenômeno, as eficiências podem subir ainda mais."

Escassez de polissilício para wafers mono-Si eleva os preços

Os analistas observaram uma demanda crescente em meio a rumores de escassez de estoque. Enquanto isso, o preço das mono-células caiu ainda mais, embora não o suficiente para as grandes feras da selva do módulo PERC.

A escassez de oferta e os pequenos excedentes estão presentes nos preços da energia solar desta semana, à medida que a batalha entre os produtos mono e multicristalinos continua. Imagem: Faungg / Flickr

Com o site da Trend Energy divulgando ontem rumores de que os fornecedores de polissilício para wafers mono-Si ficaram sem estoque, a empresa de pesquisa de mercado PV Info Link previu hoje que os preços do produto vão subir no mês que vem.

Observando a crescente demanda pela matéria-prima para as bolachas mono-Si , a PV Info Link disse que a escassez de oferta provavelmente afetaria os preços nas próximas semanas.

Foi uma história diferente para o polissilício usado em wafers multicristalinos, de acordo com os analistas de Taiwan, que disseram que a demanda estável e uma expansão na produção dos fabricantes mantiveram o preço estável nos últimos tempos.

No entanto, o PV Info Link observou que os fabricantes não estavam operando a plena capacidade em junho e que os preços deverão cair no próximo mês para o polissilício, se os produtores continuarem aumentando a produção.

Queda no preço da célula

O preço das células mono caiu ligeiramente esta semana, segundo os analistas, abaixo RMB0.02 / W para RMB 1.17-1.19 / W na China e $ 0.155-0.157 / W no exterior e PV Info Link está prevendo um ligeiro excedente no próximo mês com os fabricantes programado para continuar expandindo as capacidades de produção a cada mês este ano .

"No entanto, esse nível de preço ainda é alto demais para os fabricantes de módulos PERC que estão com dificuldades de aumentar os preços e, portanto, os fabricantes de módulos continuarão pressionando os preços das células", alertou a empresa de pesquisa de mercado hoje.

O preço dos módulos mono - que a Bloomberg New Energy Finance reiterou hoje deverá ultrapassar os produtos de polissilício nos termos da instalação no próximo ano - irá reduzir ligeiramente nas próximas semanas, de acordo com PV Info Link, porque o atual boom solar está sendo experimentado na China e no Vietnã está programado para esfriar no final do mês e espera-se que haja um atraso antes que a demanda européia antecipada atinja a folga.

No caso da China, a mudança representa o atraso até que uma série de projetos de 'paridade de rede'entrem no pipeline de desenvolvimento. O Vietnã está correndo para permitir um grande número de projetos antes da expiração de um FIT solar fixo no final do mês.

Suspensão de silício REC dependerá do encontro do G20 entre Trump e Jinping

A fabricante norueguesa adiou o fechamento total de sua operação de polissilício nos Estados Unidos até meados de julho, quando o presidente Trump e sua contraparte chinesa devem manter conversações em Osaka dentro de duas semanas.

A REC Silicon está depositando suas esperanças em Trump e Xi Jinping, solucionando uma solução para sua guerra comercial na reunião do G20 em Osaka. Imagem: Matt AJ / Flickr

Os problemas enfrentados pelas empresas que têm que planejar os caprichos imprevisíveis de um presidente que governa por tweet - sem mencionar as centenas de trabalhadores que dependem de seus empregadores - foram ilustrados pelo mais recente anúncio feito pelo fabricante de silício policristalino REC Silicon.

Apenas dois dias atrás, a fabricante norueguesa foi forçada a cancelar um exercício de arrecadação de fundos com base em uma colocação privada de ações porque o preço de suas ações tem sido consistentemente menor do que o nível que iria pedir aos acionistas para pagar.

As ações estão sofrendo porque a empresa fabrica seu polissilício nos EUA e atualmente não tem acesso total ao seu principal mercado na China, porque Pequim está punindo a indústria norte-americana em retaliação às tarifas impostas aos painéis chineses importados por incorporadoras americanas.

Presa no fogo cruzado entre o Presidente Trump e Xi Jinping, a REC Silicon tem operado sua unidade de produção Moses Lake no Estado de Washington com 25% de capacidade de produção este ano e planejou a colocação de ações privadas para cobrir US $ 3,7 milhões em custos relacionados à paralisação parcial.

O fabricante de polióis, que interrompeu temporariamente a produção em meados de maio , alertou na época que seria forçado a fechar a operação do reator de leito fluidizado a longo prazo se Pequim e Washington não conseguissem um acordo que reabriu o mercado chinês para Importações dos EUA até o final deste mês.

Com a aproximação do prazo, a REC Silicon anunciou ontem que adiaria o plano de desligamento completo até 15 de julho. Em vez de indicar que seu alerta anterior era um blefe, a REC Silicon disse que a suspensão da execução se baseava na esperança de uma solução para os EUA-China. guerra comercial pode ser encontrada quando representantes das duas nações se encontrarem para negociações na próxima reunião do G20, a ser realizada em Osaka, Japão, em 28 e 29 de junho.

Essa esperança, é claro, deixa aberta uma janela de duas semanas durante a qual as ameaças à mídia social podem aumentar e o comitê de REC espera que tal desenvolvimento não marque mais do absurdo que parece ser uma parte característica da técnica de negociação do presidente dos EUA.

África do Sul considera petição pedindo tarifas sobre módulos solares importados

A denúncia foi submetida à Comissão de Administração do Comércio Internacional do país pela fabricante de módulos domésticos ARTsolar, que aponta que a África do Sul não possui direitos antidumping para proteger seus fabricantes.

A chamada para impor tarifas de importação solar tem sido criticada por desenvolvedores sul-africanos de PV. Imagem: hhach / Pixabay.

A fabricante de painéis solares ARTsolar apresentou uma petição à Comissão de Administração do Comércio Internacional da África do Sul, solicitando tarifas alfandegárias em todos os painéis fotovoltaicos importados de silício cristalino.

No documento , apresentado no final de março, o fabricante reclamou que não havia proteção para os fabricantes de módulos no país, como existia nos EUA e na Europa, embora no último caso as medidas comerciais tenham sido suspensas no ano passado.

"Vários fabricantes de módulos / painéis fotovoltaicos haviam cessado suas operações de produção na região da SACU devido à alta competição de importações de baixo preço", escreveu o peticionário, em referência à área da União Aduaneira da África Austral que também inclui Botsuana, Lesoto, Namíbia e Eswatini.

Aumento de custos

Andy Pegg, CEO da SegenSolar (Pty) Ltd, subsidiária sul-africana da distribuidora solar britânica Segen Ltd, disse que a introdução das tarifas de importação pode fazer com que o preço dos módulos fotovoltaicos aumente 10% na África do Sul. "A tarifa de 10% será, em última análise, repassada ao cliente ou instalador na forma de aumento nos preços dos produtos - o que poderia reduzir a demanda e as margens de lucro, particularmente para os pequenos distribuidores", disse ele à revista pv .

Pegg acrescentou, o grande problema com as tarifas na África do Sul seria a falta de apoio do governo para o setor. Para que as tarifas sejam efetivas, disse ele, a política e o ambiente regulatório devem apoiar o crescimento e a oferta do setor de energias renováveis. “Por exemplo, a China tem visto um crescimento explosivo na geração de energia solar fotovoltaica devido ao ajuste contínuo de suas metas de energia solar em linha com a demanda - que aumentou de 10% em 2012 para 55% em 2017”, disse ele.

É tudo sobre a Eskom

Pegg também destacou os problemas operacionais e financeiros da concessionária estatal Eskom como uma desvantagem para o setor energético do país. No mês passado, a Eskom exigiu um resgate emergencial de US $ 355 milhões para evitar a inadimplência da dívida, quando já estava lutando para consertar a escassez de energia. Reportagens da mídia afirmaram que a empresa também não recebeu 7 bilhões de dólares (US $ 485 milhões) em pagamentos de empréstimos do Banco de Desenvolvimento da China neste mês.

"Parece mais provável que as tarifas de importação propostas tornem explicitamente mais fácil para a estatal Eskom manter seu monopólio sobre o fornecimento de energia na África do Sul", disse Pegg.

Chris Ahlfeldt, especialista em energia da Blue Horizon Energy Consulting Services , disse que as tarifas provavelmente teriam um impacto negativo sobre os empregos para a indústria solar doméstica, acrescentando que isso desaceleraria a adoção dos clientes por meio de preços mais altos. “Os instaladores de energia solar fotovoltaica criam muito mais empregos locais do que a indústria manufatureira globalmente, portanto o foco deve ser acelerar o crescimento da indústria como um todo para criar empregos e não desacelerar com as tarifas”, disse ele à revista pv .

'Incentivos, não penalidades'

De acordo com Ahlfeldt, a melhor maneira de incentivar a localização da indústria é criar uma demanda estável. Em vez de introduzir tarifas, disse ele, o governo deveria se concentrar em permitir regulamentações para a indústria e aquisições mais regulares para projetos em escala de serviços públicos. “O REIPPPP da África do Sul já tem requisitos de localização, mas os atrasos no programa contribuíram para o fechamento da maior parte da capacidade de montagem de módulos local nos últimos anos, de empresas como Solairedirect, SunPower e Jinko Solar”, ele disse.

Alfehldt acrescentou que a África do Sul faz parte da Organização Mundial do Comércio, portanto, novas tarifas podem resultar em violações da lei comercial, como em outros países.

O governo Sul-Africano era esperado para lançar um novo 1,8 GW REIPPP rodada no ano passado , mas os problemas da Eskom pode ter impedido esse plano. No início deste ano, o presidente Cyril Ramaphosa anunciou um plano para resgatar a Eskom, dividindo-a em três unidades. A consultora Frost & Sullivan disse que a iniciativa pode encorajar as energias renováveis, mesmo que não seja suficiente para resolver completamente a crise financeira da empresa.

A dívida da Eskom ficou em torno de ZAR419,2 bilhões no final de setembro, de acordo com seus resultados financeiros. A concessionária é a única compradora da energia gerada no REIPPP e sua falta de recursos fez com que atrasasse a assinatura de vários PPAs concedidos nas rodadas 3.5 e quatro do programa.

Novo material sintético vai tornar painéis solares ainda mais baratos

Os painéis solares têm-se tornado cada vez mais vulgares e eficientes, mas ainda existia um obstáculo a ultrapassar para que estes se tornem uma maneira regular de extrair energia da luz solar. O preço do silício, componente importante para o funcionamento das células, ia ser sempre um problema, mas agora já existe um novo material que pode substituir este elemento e tornar as células fotovoltaicas mais baratas para todos.

A solução foi proposta pelo Instituto de Tecnologia e Ciência de Okinawa, no Japão. Investigadores experimentaram substituir o silício por uma estrutura cristalina de perovskita, mas feita de materiais sintéticos em vez de orgânicos, eliminando a fraqueza ao calor que caracterizava esta configuração molecular. Além de mais baratas de produzir, são também mais fáceis de aplicar, quando dissolvidas.

O problema é que o material inorgânico é menos eficiente a absorver energia, mas os investigadores da universidade japonesa introduziram manganês na estrutura, resolvendo este problema, ao mesmo tempo que incorporaram elétrodos de carbono (em vez de ouro) para a condução de energia, reduzindo ainda mais o preço de produção. O próximo obstáculo é aumentar o tempo de vida, pois estima-se que estas células só durem até dois anos, contra 20 de um painel solar vendido atualmente.

Fonte: Motor24

Livro defende inovação para ampliar o uso de fonte solar

Limitações tecnológicas podem levar a beco sem saída, escreve autor.

Conjunto de painéis solares em deserto na Califórnia (EUA); autor defende mais verba governamental para pesquisa – Lucy Nicholson

Há algo de ligeiramente mágico na energia solar. A maioria dos métodos de geração de eletricidade recorre a equipamento rotativo, imãs e bobinas para induzir uma corrente. Os painéis solares geram eletricidade sem precisar de partes móveis.

Por décadas, parecia que a esotérica ciência do efeito fotovoltaico teria aplicação limitada para usos especializados, como acontece nos satélites. Mas os painéis solares atuais são um produto para o mercado de massa e estão se espalhando pelos telhados de lojas e casas e florescendo em grandes centrais de geração de energia.

Varun Sivaram, que pesquisa sobre ciência e tecnologia no Conselho de Relações Exteriores, em Nova York, estudou a revolução solar e o que viu tanto o entusiasmou quanto o preocupou.

Ele escreve que a energia solar pode ter um futuro brilhante, e que talvez atenda à maior parte da demanda mundial por eletricida- de, antes do fim do século. Mas também alerta para o fato de que seu desenvolvimento pode chegar a um beco sem saída, por causa de tecnologias falhas que limitarão seu crescimento.

Seu livro “Taming the Sun” (Domando o sol) é tanto o melhor panorama disponível quanto à situação atual do setor quanto um plano de rota sobre como ele pode buscar um futuro mais brilhante.

Os escritores que tratam da energia renovável tendem a recair em duas categorias: os interessados em desmascarar um setor que veem como grande trapaça e os visionários que descrevem um futuro deslumbrante, mas são vagos quanto aos detalhes de como chegar lá.

Sivaram diz que desejava oferecer uma visão “equilibrada”, e foi o que ele fez em seu estudo detalhado sobre as promessas e os percalços da energia solar. É difícil resistir ao seu argumento de que apenas a inovação permitirá realizar todo o potencial dela.

O setor floresceu nos últimos dez anos como resultado de apoio governamental e de uma queda de custos que o tornou competitivo contra os combustíveis fósseis.

O que tornou possível esse progresso não foi uma ruptura tecnológica – células de silício estão em uso desde a década de 1950 –, mas sim a fabricação em alto volume, especialmente na China, que fez o setor se beneficiar de economia de escala.

Sivaram teme que, na década de 2030, os painéis solares em sua configuração atual atinjam limites econômicos e técnicos.

INOVAÇÃO

A solução que ele defende é a inovação, nas redes de eletricidade, nas estruturas financeiras e na tecnologia solar.

Os verdadeiros heróis do livro emergem apenas na metade do texto, quando ele nos apresenta à perovskita –um mineral cristalino que é “o líder inconteste” entre as tecnologias solares emergentes– e a outras ideias para alternativas superiores aos painéis de silício que se tornaram o padrão do mercado.

Não se pode confiar apenas no setor de capital para empreendimentos como fonte do apoio de que essas novas tecnologias precisam, escreve Sivaram. “A maior prioridade do governo dos EUA deveria ser elevar dramaticamente as verbas para pesquisa e desenvolvimento para tecnologias solares inovadoras.”

Essa recomendação acarreta o risco de fazer da busca da perfeição um obstáculo no caminho do viável.

Ele descreve um decepcionante voo de helicóptero por sobre um vasto complexo de painéis solares no deserto de Mojave (Califórnia), quando percebeu que não havia maneira de colocar em operação as inovadoras células em que trabalhava em seu laboratório em Oxford com a rapidez e a escala necessárias.

Os painéis de silício podem não ser ideais, mas são abundantes e baratos. A história da Solyndra, companhia californiana que propunha uma tecnologia solar inovadora, recebeu apoio do governo Obama, mas terminou por se provar um fiasco comercial e de engenharia, é um exemplo das dificuldades que um governo enfrenta para apoiar a inovação.

“Taming the Sun” oferece um alerta importante sobre os riscos que o setor enfrentará se persistir no mesmo caminho. Quem deseja compreender como a transição dos combustíveis fósseis para a energia renovável pode acontecer deveria ficar atento à hipótese de Sivaram.

Tradução de PAULO MIGLIACCI

Fonte: Folha

Como é que os painéis solares funcionam?

A tecnologia para a captura da energia do sol tem evoluído bastante, ao ponto de muitos proprietários instalarem painéis solares por conseguirem obter energia elétrica de forma mais barata.

Se à alguns anos atrás dissesse a alguém que um painel deixado ao sol poderia produzir energia elétrica para abastecer habitações e empresas, a reação mais provável seria um sorriso condescendente.

A primeira célula solar foi construída por Charles Fritts na década de 1880 e teve uma eficiência de conversão na ordem dos 1%. Hoje, os painéis solares disponíveis no mercado são mais eficientes e, os melhores, têm índices de eficiência na ordem dos 23%, enquanto que a maioria dos painéis varia entre os 12% e os 16%. Contudo, a eficiência dos painéis solares pode subir para valores de até 46%, no caso das células fotovoltaicas com múltiplas junções que captam energia de múltiplos espectros.

Se tudo isto lhe parece familiar é porque as plantas têm aproveitado a energia do sol há centenas de milhões de anos. Mas, embora ambos os processos coletem energia do sol, eles usam essa energia de forma diferente. As plantas convertem a energia do sol em energia química, enquanto as células solares produzem a eletricidade. Isto leva-nos a uma questão interessante: como funcionam os painéis solares?

Como funcionam os painéis solares?

Os painéis solares produzem eletricidade quando os fotões destroem os eletrões do material. Na verdade, um painel solar é composto por uma série de unidades menores chamadas células fotovoltaicas, que são o que realmente converte a energia solar em energia elétrica. O painel solar típico é composto por uma armação de metal, um vidro e vários fios que permite que a corrente flua das células de silício. Como os painéis solares produzem energia elétrica em corrente contínua, é necessário um inversor para transformar a corrente em alternada, que é a que utilizamos nas nossas casas.

Em termos de física, a energia solar é baseada no efeito fotovoltaico, em que dois materiais diferentes, em contacto próximo, produzem uma voltagem elétrica quando entram em contacto com a luz. Na energia solar, os materiais pertencem a uma classe chamada semicondutores – nem condutores nem isoladores elétricos que permitam os eletrões flutuar em certas condições. O semicondutor mais comum usado na indústria solar é o silício.

Os semicondutores podem ser de dois tipos: P e N. Cada célula impregna dois desses semicondutores, uma camada do tipo P e uma camada do tipo N (que se assemelha a uma bateria).

Os semicondutores do tipo P tendem a captar uma pequena carga positiva, enquanto que os do tipo N têm uma carga negativa. Tipicamente, o material semicondutor é dotado com impurezas que os tornam mais suscetíveis a dar ou a receber eletrões, porque cristais, como o silício e o germânio, não permitem que os eletrões se movam livremente de átomo para átomo. É muito semelhante às baterias quando um dos eletrodos tem uma carga negativa em relação ao outro.

É a combinação P-N, onde os eletrões conseguem atravessar de um lado para o outro, mas apenas num sentido. Imagine uma montanha, os eletrões conseguem facilmente descer (sentido do N), mas não conseguem subir (sentido do P).

Cada fotão com energia suficiente consegue libertar um eletrão, dando origem a um “buraco”. O campo elétrico fará com que o eletrão migre para o lado N e o “buraco” para o lado P.

Isso acontece quando um eletrão é excitado consumindo a energia recebida da luz solar. Se não fosse o material formado da combinação, muito provavelmente os eletrões teriam voltado ao seu estado fundamental. E, como os eletrões só podem circular numa única direção, de N para P, o efeito fotovoltaico produz uma corrente contínua. Essa corrente, em conjunto com a voltagem das células, defina a potência que o painel solar irá produzir.

Funcionamento dos painéis solares

O futuro

Segundo a International Energy Association (IEA), a energia solar fotovoltaica cresceu mais rápido do que qualquer outra fonte de energia no ano de 2016. A organização estima que a capacidade solar aumente, nos próximos quatro anos, mais que qualquer outra fonte de energia renovável.

Grande parte desta procura vem da China, que deverá construir 40% dos novos parques solares que irão ser construídos em todo o mundo até 2022. Junto com a evolução de outros países, como a Índia, Japão e EUA, a IEA estima que até 2022 o mundo triplique a capacidade solar instalada para 880GW. Isso equivale metade da capacidade instalada de centrais a carvão, que levaram mais de 80 anos a serem construídas. Para além de tudo isso, esta evolução dos próximos cinco anos, levará a que sejam instalados mais de 70.000 painéis solares por hora, o suficiente para cobrir 1.000 campos de futebol todos os dias.

Para além da redução da dependência dos combustíveis fósseis, grandes parques solares podem também provocar efeitos benéficos nos locais onde são instalados.

Célula solar mais eficiente do Brasil é desenvolvida no Sul

Um estudo da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS) em parceria com a Eletrosul produziu células solares com a maior eficiência do Brasil, 17,3%, e de forma totalmente industrial. Intitulado “Desenvolvimento de Processos Industriais para Fabricação de Células Solares com Pasta de Alumínio e Passivação”, o projeto de P&D ANEEL comprovou que é possível a produção de mais potência elétrica com a mesma quantidade de silício.

O projeto foi desenvolvido pela equipe do Núcleo de Tecnologia em Energia Solar (NT-Solar) da PUCRS e coordenado pelos professores da Faculdade de Física Izete Zanesco e Adriano Moehlecke, com apoio de alunos do Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais da Faculdade de Engenharia. A maior eficiência registrada até então no Brasil, de 17%, era de uma célula solar (foto) produzida em laboratório pelo NT-Solar, em parceria com a Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e com o Instituto de Energia Solar da Universidade Politécnica de Madri, da Espanha.

O resultado do projeto de P&D, iniciado pela PUCRS e Eletrosul em 2015, é importante para o setor produtivo de módulos fotovoltaicos no Brasil. A professora Izete Zanesco, umas das coordenadoras do estudo, explica que a célula solar foi desenvolvida em lâmina de silício grau solar e se diferencia do processo padrão da indústria atual de células solares de silício. Isso, porque o campo retrodifusor foi produzido pela difusão de boro, em vez de alumínio, o que possibilitou a passivação de ambas as faces da célula solar. 

Nesta célula solar, a passivação foi produzida por dióxido de silício que é crescido nas duas faces simultaneamente. “Se o custo do processo não aumentar, então, há uma redução do custo da produção de energia elétrica a partir da conversão direta de energia solar”, explica Izete. A professora ressalta que o próximo passo é comparar o custo do processo desenvolvido pela equipe do NT-Solar com o custo atual do processo padrão da indústria.

Há mais de 10 anos, a Eletrosul vem pesquisando e incentivando tecnologias de produção de energia a partir do sol, e que deram origem ao recente desenvolvimento das células solares com a maior eficiência do Brasil. A primeira iniciativa se deu em 2004, quando a empresa participou de pesquisa coordenada pela PUCRS para o desenvolvimento de módulos fotovoltaicos com tecnologia nacional. Em seguida, a Eletrosul implantou em sua sede, em Florianópolis (SC), um projeto piloto de geração fotovoltaica (12 kilowatts), que funciona como uma planta de demonstração e estudos. A produção de energia elétrica atende parte do consumo do edifício.

Assista o vídeo:

Bateria de ar-silício já funciona por 1.000 horas

A bateria de ar-silício propriamente dita é do tamanho de uma bateria tipo botão, e está no meio do cilindro de acrílico. Os canais que passam através do invólucro controlam a alimentação e a saída do eletrólito.[Imagem: Forschungszentrum Jülich]

Bateria de silício que usa ar

Pela primeira vez, as promissoras baterias de ar-silício - ou silício-oxigênio - sobreviveram a testes reais por mais de 1.000 horas.

Em teoria, as baterias de ar-silício têm uma densidade de energia muito superior, são menores e mais leves do que as atuais baterias de íons de lítio. Elas também são insensíveis a variações ambientais e não usam materiais poluentes ou tóxicos.

Além disso, elas são feitas de silício, o segundo elemento mais abundante na Terra após o oxigênio, e funcionam com base no próprio oxigênio do ar - daí o nome ar-silício.

Caminho aberto

Entre a teoria e a prática, contudo, os protótipos das baterias de ar-silício não se mostraram duráveis, e por motivos ainda não totalmente compreendidos: para se ter uma ideia, há hipóteses que explicam os problemas pelo ânodo de silício e outras que culpam o cátodo de oxigênio.

O fato, contudo, é que a equipe do professor Hermann Tempel, da Universidade de Julich, na Alemanha, conseguiu fazer com que seu protótipo de bateria de ar-silício dure mais de 1.000 horas de operação contínua.

Para Tempel, o grande problema é que o eletrólito se consume com o tempo. Sua equipe então desenvolveu um sistema que bombeia um eletrólito líquido - hidróxido de sódio dissolvido em água - para dentro da bateria, mantendo seu funcionamento.

O ânodo continua se desgastando, ainda que ele possa ser trocado, algo que não se consegue fazer com as baterias de lítio.

Mas a equipe não está satisfeita, e agora pretende descobrir uma forma de manter a bateria funcionando sem precisar de ficar bombeando o eletrólito. A bateria ainda não está perfeita, mas agora nós sabemos o que precisamos fazer," disse Tempel.

Silício transforma CO² em combustível líquido

Wei Sun, da Universidade de Toronto, no Canadá, descobriu uma forma de utilizar o silício para capturar a luz do Sol e transformar as emissões poluentes de CO² em precursores para produzir combustíveis líquidos com alto valor energético. 

Há um desafio mundial para descobrir um material que consiga converter a luz solar, dióxido de carbono e água ou hidrogênio em combustível. No entanto, a estabilidade química do CO² está dificultando encontrar uma solução prática e eficiente.

Sun descobriu uma abordagem utilizando o silício, que é abundante e barato. O pesquisador desenvolveu nanocristais de silício cuja extremidade possui um composto hidreto.

Esses hidretos nanoestruturados de silício têm um diâmetro médio de 3,5 nanômetros, o que lhes dá uma área superficial enorme, que é utilizada para absorver os raios do Sol na faixa do infravermelho próximo, luz visível e ultravioleta.

Em conjunto com um agente de redução química colocado na superfície do material, o sistema converte de forma eficiente e seletiva o dióxido de carbono gasoso em monóxido de carbono. Outras equipes já demonstraram a viabilidade da conversão do monóxido de carbono e do hidrogênio em combustível para aviões.

Atualmente, a equipe trabalha na otimização do processo e no seu escalonamento, com vistas à construção do projeto-piloto de uma "refinaria solar".

S4 Solar do Brasil vai montar fábrica painéis fotovoltaicos no Brasil

A S4 Solar do Brasil, empresa de energia solar, anunciou que fez uma parceria com fornecedores de equipamentos, Meyer Burger, Confirmware e Jinchen Machinery Co para fornecer uma linha de fabricação de painéis solares de 100 MW por ano, a um custo de cerca de R $ 30 milhões.

S4 Solar disse que já tem contratos assinados de fornecimento de módulos com empresas agrícolas nas regiões de Mato Grosso e Goiás de 45MW. A fábrica será localizada no Distrito Agro-Industrial de Anápolis (DAIA), em Goiás.

“Nós já temos 45 MW de energia solar contratados de empresas agrícolas em Mato Grosso e Goiás”, observou João Eugenio Jr., presidente da S4 Solar. “Temos trabalhado duro na disseminação da tecnologia entre as empresas nos últimos anos.”

S4 solar observou que vai fabricar fabricar módulos fotovoltaicos com a tecnologia tradicional de silício cristalino, bem como os módulos de vidro/vidro, uma vez que a linha estiver implementada.

A empresa espera que a produção comece com cerca de 2 MW por mês em janeiro de 2015, aumentando para 7-8MW por mês no primeiro ano de produção.

S4 Solar pretende também pretende ser a pimeira empresa de energia solar no Brasil a começar fabricar também células fotovoltaicas.

A empresa planeja obter todas as certificações internacionais necessárias para exportar os painéis fotovolticos fabricados no Brasil para diversas regiões do mundo.

Registro de eficiência para células solares de tinta siliconada quebradas por Innovalight

Em sua luta para obter a máxima eficiência de uma célula solar com o menor preço possível, a Innovalight, uma empresa de células solares de risco, anunciou um novo recorde de eficiência ou suas células solares de silício : 19%.

O Instituto Fraunhofer da Alemanha, como um testador independente, certificou a tecnologia da Innovalight como válida e o número de eficiência como real.

A Innovalight tem uma plataforma proprietária, chamada Cougar, que pode adaptar os processos de fabricação de células solares existentes que as empresas agora possuem, para sua linha de produção de células solares de silício mais barata . Há apenas um passo que precisa ser adicionado às linhas de produção atuais, com - dizem - enormes lucros.

"Continuamos a avançar em direção ao nosso objetivo de entregar mais de 20% de eficiência de conversão para nossos clientes", disse Homer Antoniadis, diretor de tecnologia da Innovalight. "Nosso processo patenteado de células solares com tinta de silicone é simples e otimizado para uso com wafers de silício e ferramentas de impressão amplamente adotadas pela indústria", acrescentou ele.

Trabalhando com várias empresas de fabricação de células solares, a Innovalight está abrindo uma nova instalação de produção de células solares de tinta de silício em Sunnyvale, CA. Eles são agora produtores de células solares, mas licenciam outras empresas para usar sua tecnologia.

A tecnologia de células solares de silício permite que a tinta de silício seja impressa em células solares usando substratos mais finos e menos materiais em comparação com células solares tradicionais .

O grafeno bate mais um recorde: surge o transistor de 100 GHz.

Físicos americanos fabricaram, à base de grafeno, um transistor, o mais rápido do mundo, cuja frequência de corte é de 100 gigahertz. O dispositivo ainda pode ser miniaturizado e otimizado, de modo que poderá, em breve, superar os dispositivos convencionais feitos à base de silício, diz a equipe. O transistor pode encontrar aplicações em comunicações na faixa de microondas e em sistemas de imageamento.

O grafeno, uma folha de carbono com apenas um átomo de espessura, tem se mostrado uma grande promessa para uso em dispositivos eletrônicos, dado que os elétrons podem se mover através dela a velocidades extremamente altas. Isso ocorre porque se comportam como partículas relativísticas sem massa de repouso. Esta, e outras propriedades físicas e mecânicas peculiares, sugerem que este "material maravilhoso" poderá substituir o silício como material básico para a eletrônica podendo, inclusive, ser utilizado na fabricação de transistores mais rápidos do que qualquer outro hoje existente.

Transistor de grafeno atinge 100 GHz. - Créditos: Phaedon Avouris.

Phaedon Avouris, Yu-Ming Lin e colegas da IBM TJ Watson Research Center, em Nova York (EUA), iniciaram o processo de fabricação do transistor de efeito de campo (FET) pelo aquecimento de uma "bolacha" de carbeto de silício (SiC) para criar uma camada superficial de átomos de carbono, na forma de grafeno. Eletrodos paralelos como "fonte" e "dreno" foram depositados no grafeno, deixando os canais de grafeno expostos entre esses eletrodos, como mostrado na figura.

Protegendo o grafeno 

A próxima etapa é a mais complicada e demanda o depósito de uma fina camada isolante sobre o grafeno exposto, sem afetar suas propriedades eletrônicas. Para fazer isso, o primeiro passo consiste em depositar uma camada de 10 nm do polímero poli-hidroxiestreno (já usado na indústria de semicondutores) para proteger o grafeno. Em seguida, a camada de óxido convencional foi depositada, seguida de um eletrodo metálico que atua como porta do transistor.

O comprimento da porta é relativamente grande (240 nm), mas a mesma pode ser miniaturizada para melhorar a performance do dispositivo, declaram os pesquisadores. 

O transistor de grafeno já conta com uma maior frequência de corte, superior aos dispositivos MOSFET à base de silício para o mesmo comprimento de porta (estes têm uma frequência de corte em torno de 40 GHz). Frequência de corte é aquela acima da qual um transistor sofre uma degradação significativa em seu desempenho. O novo dispositivo quebra o recorde anterior da própria IBM - 26 GHz -, noticiado em janeiro de 2009. 

Relevância tecnológica

Diferentemente da maioria dos FETs à base de grafenos, que tinham sido fabricados a partir de flocos de grafeno, o dispositivo da IBM é feito usando técnicas já utilizadas pela indústria de semicondutores. "Nosso trabalho é a primeira demonstração de que dispositivos de alto desempenho, à base de grafeno, podem ser fabricados em escala de bolachas de forma tecnologicamente relevante", disse Avouris. 

Um obstáculo para esses dispositivos à base de grafeno, contudo, é que não podem ser utilizados em circuitos digitais, tais como os usados em computadores. Isto ocorre porque o grafeno tem um gap de energia nulo, entre sua banda de condução e de valência. É exatamente tal lacuna que permite que os semicondutores convencionais sejam utilizados como chaveadores de corrente ON e OFF.

Ao invés de usados em circuitos digitais, tais transistores de alta frequência podem ser usados, por exemplo, para amplificar sinais de micro-ondas em comunicações e aplicações de imageamento, incluindo radar de alta resolução, imagens médicas e de segurança. 

Os pesquisadores da IBM planejam agora reduzir as dimensões dos transistores, melhorar a pureza do grafeno e otimizar a arquitetura do dispositivo. "Tais transistores têm o potencial de superar sobremaneira os dispositivos convencionais", disse Avouris. 

A equipe procura também maneiras de criar um gap de energia (band gap) no transistor à base de grafeno, para que este possa ser utilizado em aplicações digitais.

FONTE: Nanotechweb

Building Integrated Photovoltaics (BIPV): inovação coloca holofotes sobre a energia solar

Em uma época em que a energia solar fotovoltaica é caracterizada como uma forma alternativa de energia proibitivamente cara (apesar dos subsídios), uma área de aplicação que poderia fazer uma diferença real nas percepções é o BIPV (Building Integrated PV). Esta aplicação pode efetivamente permitir que os proprietários de edifícios economizem nos custos de construção de novos edifícios e, ao mesmo tempo, gerem uma parte de sua própria eletricidade. Um progresso maior requer um alto nível de inovação para realmente levar a energia solar fotovoltaica aos edifícios, enquanto torna a tecnologia ainda mais acessível. Felizmente, há sinais de que tal inventividade está agora fazendo a diferença.

Um tempo para o BIPV

O BIPV pode ser integrado em estruturas existentes (retro-fitting) ou incorporado ao novo mercado de builds. Para novas construções, pode fazer sentido integrar elementos solares em espaços no telhado, por exemplo, a fim de economizar dinheiro em materiais padrão que teriam sido usados ​​(folhas de metal ou outros componentes, por exemplo).

BIPV é certamente crescente em popularidade como mais e mais arquitetos e construtores começam a entender as possibilidades disponíveis para seus clientes. Além disso, as estruturas de incentivo em mercados europeus específicos podem tornar o desenvolvimento de energia fotovoltaica em larga escala atraente para os proprietários de edifícios - que podem compensar custos de eletricidade / gerar dinheiro através de tarifas de alimentação (FiTs), investindo em seu espaço de telhado - bem como investidores de capital que vêem a oportunidade de ganhar dinheiro com projetos BIPV de grande escala. Várias iniciativas atuais na Europa oferecem altos níveis de subsídios para o BIPV, ou procuram obrigar a indústria da construção a integrar mais renováveis ​​em edifícios.

Mesmo em mercados onde os esquemas de incentivo não tendem a favorecer a energia solar fotovoltaica, o BIPV pode ajudar os proprietários de edifícios a economizar em seus custos de eletricidade. E o BIPV procura criar o máximo de função possível do espaço do edifício. Um exemplo é a fachada solar fotovoltaica; estes podem, em muitos casos, ser mais baratos de construir do que as fachadas normais (para não mencionar a capacidade de gerar eletricidade), e a aparência pode ser atraente e moderna, algo que supera uma barreira chave para a captação fotovoltaica aos olhos de alguns clientes em potencial.

Paridade do BIPV e da grade

Douglas Dudis, pesquisador do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea dos EUA, Diretor de Materiais e Manufatura, disse aos delegados na Conferência Solar de 2007 que a falta de integração de edifícios até hoje era um dos três principais fatores que contribuem para o alto custo atual de energia solar distribuída. tecnologia. Ele citou como os outros dois fatores: problemas de disponibilidade de material, em particular a falta de silício cristalino de grau semicondutor; e fabricação intensiva de mão-de-obra de wafers solares, células, módulos e arrays.

O BIPV poderia ser uma tecnologia de transformação, reduzindo a alta proporção de consumo de energia convencional contabilizada pelos edifícios, cortando as emissões de CO² e reduzindo a pressão sobre as reservas de combustível. Mas o progresso adicional requer um alto nível de inovação para realmente levar a energia solar fotovoltaica aos edifícios e tornar a tecnologia acessível.

O meio tradicional de captar energia solar em edifícios tem sido colocar matrizes de energia solar térmica (ou painéis fotovoltaicos solares) em estruturas fixas nos telhados. Esta solução, embora funcione bem como primeira geração, resultou em instalações que são claramente "complementos" e fora de harmonia com os edifícios em que se encontram. Os arrays também são mais caros do que o PV solar precisa ser.

A integração de módulos solares no envelope do edifício economiza dinheiro, pois os módulos também servem como elementos estruturais, reduzindo os custos de construção. Esta solução multifuncional também reduz as concentrações de peso adicional nos telhados, evita as penetrações no telhado necessárias para montagens e fiação e reduz a vulnerabilidade a ventos fortes. E, claro, mais área solar se torna disponível se for feito melhor uso de superfícies de construção.

Existem outras vantagens também. Como as instalações do BIPV estão contidas no envelope do edifício, não há requisitos para espaço extra ou engenharia civil adicional. Consequentemente, não há restrições em áreas urbanas populosas. Os edifícios usam a eletricidade que geram no local, minimizando as necessidades de distribuição. Todas essas vantagens juntas, se os custos permitirem, tornam o BIPV um componente crucial da arquitetura sustentável.

Tecnologias para o BIPV

A tecnologia que um proprietário de edifício precisaria selecionar para o BIPV depende de fatores relacionados à localização do telhado. Por exemplo, módulos cristalinos seriam recomendados para cenários em que o edifício em questão tem uma orientação sul (mais ou menos 45%), com uma inclinação de 20-60º.

No entanto, em outros projetos com um posicionamento abaixo do ideal - por exemplo, instalações com telhados planos, telhados industriais, telhados semi-planos ou telhados e fachadas voltados para leste / oeste (para citar alguns exemplos), a tecnologia de filme fino pode ser solução eficaz para maximizar a produção de energia disponível, enquanto compensando o investimento de capital da instalação. As soluções de película fina também tendem a ser usadas em grandes telhados e instalações industriais, onde o espaço e a área não são um problema. Como regra geral, as tecnologias de filme fino precisam aproximadamente do dobro da quantidade de área de módulos para a mesma saída de kW.

Outro desafio atual para a indústria de BIPV é combinar as mais recentes tecnologias de módulos com os melhores materiais de cobertura para desenvolver / criar um novo sistema solar - como sistemas de coberturas solares que utilizam membranas de cobertura com cabos na parte inferior, por exemplo.

Essência Cristalina

Hoje, as formas mono e policristalinas de silício são a base da indústria de painéis fotovoltaicos solares. Uma vertente da inovação é incorporar esses materiais em módulos que, em particular, funcionam como elementos de construção, telhas e telhas. Esta abordagem é exemplificada pela telha SolarSave da Open Energy Corporation. Alegada para ser igualmente adequado para novas construções e aplicações de re-cobertura, estas telhas solares PV / policarbonato são fabricadas em preto, vermelho / marrom e azul / cinza cores.

Cada peça pesa 12 libras, mede 17 in por 36 in por 1 pol e fornece até 35 W a 48 VDC. Atributos citados pela empresa incluem propriedades robustas, à prova de intempéries e com classificação de incêndio; fácil instalação, mistura sem costura com ladrilhos de cimento padrão, baixa voltagem para segurança, perfis de borda de derramamento de água, classificação de vento de 125 mph e inversores de 'seqüência curta' com taxa de conversão de 93% de CC para CA. Colocar o material semicondutor monocristalino ativo dentro de um laminado compósito de proteção evita a necessidade de um enquadramento externo, o que pode levantar questões de descontinuidade com a envolvente do edifício, manutenção e custo.

Silício fino

Enquanto o silício cristalino continua sendo a tecnologia solar fotovoltaica dominante, sua posição está sendo desafiada por alternativas de filme fino. Os materiais solares de película fina que podem se adaptar à envolvente do edifício podem suplantar as rígidas matrizes de complemento que hoje adornam os edifícios. Inicialmente, esta tendência baseia-se na exploração de formas amorfas (não cristalinas) e micromórficas de silício. A capacidade de depositar esse material extremamente finamente em materiais de substrato adequados pode produzir bolachas de células solares muitas vezes mais finas do que as produzidas a partir de silício cristalino convencional, que não pode ser cortado de lingotes para algo parecido com o mesmo grau de finura.

Os materiais solares finos não só maximizam a quantidade de área de superfície ativa exposta à radiação solar para um determinado volume de silício, mas também se prestam à integração com os edifícios, porque podem ser flexíveis e facilmente ligados às superfícies dos materiais convencionais. Alguns são finos o suficiente para serem incorporados ao vidro, mantendo a transparência, liberando efetivamente o PV solar dos limites do telhado e trazendo-o para as fachadas.

A produção de materiais de película fina em processos contínuos de rolo para rolo - em vez dos processos de etapa e repetição em lote associados ao silício cristalino convencional - oferece a perspectiva de produção rentável e redução do custo do sistema por capacidade instalada de energia. Os produtores podem alavancar inovações na deposição de grandes áreas, revestimentos por rolo e outros processos usados ​​nas indústrias de telas planas e vidro arquitetônico. Usando silício amorfo (a-Si ou ASI) tem a vantagem adicional de dificuldades de sidestepping atualmente enfrentados pelos fabricantes em relação à escassez global de wafers de silício cristalino.

Exemplos de tecnologia

Várias empresas desenvolveram material solar baseado em ASI de filme fino. Uma delas é a United Solar Ovonic LLC, que incorporou sua tecnologia de junção tripla de semicondutor em seu produto e, desse modo, superou parcialmente um lado negativo do silício amorfo - que é geralmente um conversor de energia menos eficiente que o silício cristalino. Cada célula do material UniSolar BIPV da United Solar Ovonic é composta de três junções semicondutoras empilhadas, cada junção absorvendo uma faixa de luz espectral diferente ( veja a imagem à direita ).

Isso resulta em absorção de luz superior, especialmente em baixos níveis de insolação e condições de luz difusa. O material é produzido em um processo roll-to-roll, no qual o material semicondutor é depositado como vapor sobre rolos contínuos de substrato fino de aço inoxidável. Com o revestimento antirreflexo adicionado, o resultado geral é um material robusto e flexível que é contínuo até ser posteriormente cortado em comprimentos adequados para a produção do módulo.

A empresa diz que seu produto a-Si de tripla junção funciona até 40% melhor em condições de pouca luz (40–100 W / m 2 ) do que a tecnologia cristalina convencional, tornando-o adequado para as condições climáticas em grande parte da Europa e América do Norte. Além disso, enquanto módulos cristalinos podem perder de 20 a 30% de sua potência à medida que a temperatura da superfície sobe - algo que pode acontecer facilmente em prédios - os módulos de tripla junção perdem apenas 5% de energia a 28ºC e 1100 W / m 2 de irradiação . Os testes mostraram que o produto é estável ao longo do tempo, enquanto o rendimento energético global é considerado competitivo com o dos módulos cristalinos convencionais.

Do ponto de vista da integração do edifício, o material com certificação IEC 61646 é descrito como forte e “fácil de percorrer” quando usado em coberturas. Pode, diz a empresa, ser integrada com uma gama de materiais de cobertura metálicos e não metálicos. As vantagens incluem um alto grau de pré-fabricação externa, peso adicional mínimo e nenhuma carga extra de vento, além da capacidade de ser instalada usando procedimentos normais de cobertura com responsabilidades comerciais claramente definidas no telhado. Por exemplo, é claro que é tarefa do carpinteiro garantir que o telhado acabado seja impermeável, uma situação que pode não pertencer aos sistemas de painéis de telhado de primeira geração.

As empresas parceiras que criaram elementos de construção ligando os laminados UniSolar aos materiais de cobertura convencionais incluem a ThyssenKrupp com seus painéis Solartec, Alwitra com uma membrana de camada única incorporada em seu produto Evalon Solar, Corus com sua cobertura Kalzip e coberturas BIPV da Solar Integrated Technologies membrana. A American Energy Technologies Inc instalou mais de 5.000 painéis Uni-Solar “peel and stick” em um telhado de metal de um grande armazém para gerar até 700 kW. A Sun Edison LLC está usando-os com mais de 74.000 pés 2do telhado de metal de um grande centro de distribuição em Connecticut para fornecer até 433 kW de energia, enquanto a 3rd Rock Systems and Technologies utilizou os painéis em projetos de escolas solares na Califórnia.

O silício amorfo também pode ser depositado em vidro para formar uma superfície solar mais ou menos transparente, que pode ser integrada ou substituída por envidraçamento. Empresa alemã Schott Solar GmbH, por exemplo, ressalta que pode depositar eletricamente material semicondutor de silício amorfo no vidro em uma camada menor que um mícron de espessura, enquanto que as pastilhas de silício cristalino têm pelo menos 180 mícrons de espessura (a Schott também produz material solar cristalino de silício e módulos BIPV). Um laser fino é usado para estruturar o filme de silício no substrato de vidro em muitas pequenas células solares. Vias condutoras transparentes conduzem elétrons das células para os cabos do módulo. Schott diz que seus painéis solares ASI podem ser integrados em uma ampla gama de aplicações de envidraçamento, estimulando novas abordagens arquitetônicas. Os painéis podem ser instalados como janelas normais.

Janelas fotovoltaicas aparecem sombreadas e admitem menos luz do que vidro transparente, mas isso pode aumentar o interesse visual. A Solar Solutions LLC diz que um de seus produtos, no qual o material fotovoltaico é embutido no vidro, permite que 10% da luz natural seja gerada ao gerar energia total. Acrescenta que os painéis de vidro, descritos como atrativos, formam uma boa superfície para a projeção de imagens e apresentações de unidades projetadas.

A Suntech Power Holdings diz que usa menos de dois por cento do silício necessário para fabricar produtos fotovoltaicos equivalentes de silício cristalino na fabricação de seu próprio material solar de película fina, depositando silício amorfo e microcristalino em substrato de vidro. Usar esse processo para fabricar módulos de filme fino com quase 6m 2 resulta em um produto altamente competitivo em termos de custo, diz a empresa, que tem como meta a eficiência de conversão solar de 6 a 9% e custo de produção de aproximadamente US$ 1,20 / W.

As vantagens da película fina não se perdem em produtores que estabeleceram suas credenciais solares com silício cristalino convencional. Soluções de energia solar da SharpPor exemplo, desenvolveu uma solução que combina duas camadas de silício amorfo e uma de silício microcristalino, para uma eficiência de módulo de cerca de 10%. A empresa revelou recentemente que está investindo em uma grande fábrica de células solares de película fina em Osaka, no Japão. Em um movimento de produção inovador projetado para limitar os custos, ele está co-localizando a nova fábrica com uma instalação de display LCD de filme fino, para que a infraestrutura e os recursos técnicos possam ser compartilhados. Está melhorando ainda mais a eficiência aumentando seu tamanho de substrato de vidro em 2,7 vezes (do original 560) em 925 mm. A nova fábrica, que com uma capacidade prevista de 1 GW por ano é provavelmente a maior fábrica de células solares de película fina do mundo, deve começar a operar em março de 2010. A Sharp Solar diz que seu material se prestará a soluções criativas de transparência .

Enquanto isso, a Sharp também tem trabalhado duro para fornecer uma melhor integração da tecnologia convencional, notavelmente com módulos cristalinos baseados em Si que podem ser fixados a ripas de telhado e decks da mesma maneira que telhas de concreto plano. O aprimoramento do módulo resultou de inovações como a texturização de superfície avançada para aumentar a absorção de luz, acabamentos e acabamentos de quadro anodizado em preto esteticamente agradáveis ​​e módulos triangulares para aumentar a flexibilidade do design do telhado.

A Sharp Solar é sábia para apoiar cavalos cristalinos e amorfos. O silício convencional é um conversor mais eficiente, com eficiências típicas de células solares tipicamente na faixa de 10% a 20%, comparando bem com menos de 10% para dispositivos de película fina amorfos. Projetados apropriadamente com aterramento comum e arranjos de conexão elétrica de forma que várias penetrações de telhado sejam evitadas, os módulos podem funcionar como ladrilhos e outras entidades de construção que não precisam ser pequenas. No entanto, o filme fino, com sua maior flexibilidade, facilidade de integração e capacidade de formar grandes superfícies solares parece ser uma onda do futuro e pode melhorar em termos de eficiência, à medida que os esforços de P & D em todo o mundo geram frutos. Um recente apontamento para isso foi a descoberta por pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA (NREL)., em colaboração com o revelador de células solares de película fina Innovalight Inc. , de um efeito de geração de múltiplos excitons (MEG) em nanocristais de silício que se diz ser capaz de aumentar a eficiência em vários por cento.

Composto fino

Outros inovadores, descontentes com as limitações de custo e / ou eficiência do silício de filme fino, focaram-se em alternativas ao silício, notavelmente semicondutores compostos como o di-seleneto de cobre índio (CIS), di-seleneto de cobre índio-gálio (CIGS) e telureto de cádmio (CdTe). Pesquisadores lançaram as bases. O quinto programa de alto desempenho em edifícios (HIPERB) da União Européia , por exemplo, abordou especificamente o desenvolvimento de módulos solares de filme fino CIS otimizados para desempenho estável de longo prazo em aplicações BIPV. Pesquisadores da NREL dos EUA buscaram processos reprodutíveis para a fabricação de dispositivos CdTe de alta eficiência, onde uma camada semicondutora ultrafina é possível.

A Shell Solar fez alguns anos atrás, vendendo seus bem estabelecidos interesses PV de silício cristalino (para a SolarWorld AG), a fim de se concentrar no CIS, que, segundo ela, provavelmente se tornará competitivo em termos de custo com energia de varejo antes do silício. Alega que o CIS é substancialmente mais barato de produzir do que o silício, com uma fração do material de entrada, e alcançou eficiências superiores a 13,5%. Soluções de materiais CIS são pulverizadas sobre a folha de vidro em camadas para formar grandes superfícies solares, evitando a necessidade de fiação e montagem complexas. Um acabamento preto suave torna o produto visualmente adequado para aplicações BIPV. E a Avancis, uma joint venture com a Saint-Gobain Glass, deve começar a fabricar painéis solares da CEI este ano.

A HelioVolt Corp, sediada no Texas espera reduzir substancialmente o custo do BIPV com um método ultrarrápido de produção de material semicondutor CIGS de filme fino. Sua principal inovação, o processo patenteado da FASST, que é dito ser 10 vezes mais rápido que os concorrentes de filmes finos e conquistou vários prêmios para a empresa, depende da impressão do material semicondutor. Grande parte do impulso inovador deve-se ao Dr. BJ Stanberry, líder no pioneirismo do processo. A HelioVolt afirma que seu produto pode ser aplicado diretamente em materiais de construção convencionais, incluindo aço, vidro arquitetônico e materiais para telhados para criar edifícios geradores de energia.

Outro produto de revestimento fotovoltaico que incorpora a película fina CIS é o MegaSlate , desenvolvido na Suíça. Adequado para telhados com uma inclinação de pelo menos 20º, MegaSlates sem moldura são colocados sobrepostos, como telhas padrão. O material tem aparência de madeira e é comercializado como madeira solar pela firma de Luxemburgo, a Solar Wood Technologies SA. As telhas solares são fortes o suficiente para serem pisadas e têm um acabamento resistente ao crescimento biológico. A Wuerth Solar GmbH na Alemanha usa tecnologia similar nos módulos de 70 W CIS que comercializa para uso de BIPV.

A First Solar Inc. desenvolveu um processo de deposição de transporte de vapor de alta taxa para depositar semicondutor baseado em telureto de cádmio em painel de substrato de vidro por painel, e cita um preço de US $ 1,87 / W em comparação com as células de silício cristalino por cerca de US$ 2 a US$ 3 / W.

Há, no entanto, preocupações ambientais, de saúde e segurança sobre o uso de metais pesados ​​em dispositivos comerciais. O Dr. Douglas Dudis (citado no começo deste artigo) prefere evitar a possibilidade de cádmio tóxico, telúrio, gálio, etc. penetrarem nos cursos de água do mundo e, portanto, favorecerem soluções à base de silício. Os detentores da visão contrária, entretanto, contrapõem que as inovações no encapsulamento do laminado podem superar essa objeção, permitindo que o potencial desses materiais solares altamente promissores seja realizado. O debate continua enquanto a comercialização prossegue.

Movimento orgânico

Uma maneira de contornar essa questão é tornar-se orgânica, uma possibilidade levantada pela descoberta de materiais condutores de polímeros. Em 2000, Alan Heeger, professor de Física na Universidade de Santa Bárbara, Califórnia, recebeu o Prêmio Nobel por seu trabalho pioneiro nessa área, juntamente com Alan MacDiarmid e Hideki Shirakawa.

Em 2007, os vencedores do Prêmio Nobel, juntamente com a coreana Kwanghee Lee, apresentaram uma célula solar orgânica que, em virtude de uma camada dupla que absorveu um espectro mais amplo de radiação solar do que células de camada única, alcançou uma eficiência de conversão sem precedentes de 6,5. %. Desde então, esse nível foi aumentado para 10% em laboratórios, e alguns pesquisadores afirmaram que eficiências de até 25% são teoricamente possíveis. Dada a acessibilidade econômica que o material PV orgânico de filme fino (OPV) também promete, as perspectivas para seu uso no BIPV são claramente interessantes.

Os esforços de P & D em todo o mundo estão agora focados no desenvolvimento de OPV. Um ponto quente em particular é a Alemanha, onde o governo federal, juntamente com empresas como BASF, Bosch, Merck e Schott, espera investir cerca de € 360 milhões em desenvolvimento, com o objetivo de produzir material de filme fino comercialmente até 2015. Cientistas da Universidade Livre de Berlim acredita que técnicas de produção de camada fina econômicas, como impressão e eficiência na faixa de 5 a 10%, tornarão a OPV um concorrente viável para as tecnologias de PV estabelecidas. No entanto, é necessário mais progresso em termos de estabilidade, tempo de vida e encapsulamento do material ativo.

Outra perspectiva decorrente da inovação material é a célula solar sensibilizada por corante. As células de corante imitam a natureza com um processo fotossintético que converte luz em eletricidade. Empresa australiana Dyesol Ltd, com assistência da Organização de Defesa, Ciência e Tecnologia da Austrália - e universidades - está trabalhando para comercializar essa tecnologia e, usando a nanotecnologia, produziu células que são cerca de 8% eficientes. Além disso, acredita que 12% é viável com novas combinações de materiais. A empresa está colaborando com a fabricante de aço Corus para desenvolver um produto de aço BIPV baseado em sua tecnologia de célula flexível de corante. Este projeto envolve engenharia de materiais detalhada e validação de processo na Dyesol, enquanto a Corus realiza estudos de engenharia química visando a montagem rápida da célula e a otimização da estrutura do substrato de metal. Outras empresas, incluindo as inovações do G24 no Reino Unido, estão trabalhando em tecnologia similar.

Como a seleção necessariamente limitada de exemplos neste artigo indica, muito do impulso inovador neste campo é mantido por especialistas em materiais e ciência de processamento. No entanto, para que o BIPV atinja seu potencial, essa inovação deve ser acompanhada por uma inventividade paralela em termos de manufatura, integração eletromecânica (incluindo soluções híbridas térmicas / fotovoltaicas), aplicações, finanças e mecanismos de mercado. O prêmio em potencial é enorme. Os edifícios, pelo menos nos países industrializados, representam cerca de 20-30% do consumo total de energia convencional (não renovável). Utilizar apenas uma fração das 110 TW de energia solar recebidas na superfície da Terra continuamente pode ajudar a transformar a economia de energia e a administração ambiental. O BIPV pode alcançar isso dada uma continuação, na verdade aceleração.

O silício vai perder o trono? Células solares sem silício chegam ao mercado em maio de 2007

Se o silício pretendia continuar dominando o reino da eletrônica, mantendo-se no trono como senhor absoluto por anos a perder de vista, o CIS (do inglês, Copper Indium di-Selenide) mostra que está em campo para disputar terreno.

O CIS é um material semicondutor, capaz de substituir o silício das células fotovoltaicas habituais. Mesmo ciente de que a batalha é dura, a Showa Shell Sekiyu KK (Japão) entrou na área para competir e irá comercializar, a partir de maio, células para painéis solares à base de CIS.

Bem mais simples de fabricar, seu rendimento de 10% é ligeiramente inferior àquele das células de silício policristalino. Quanto ao preço de venda dos painéis solares, está bem próximo dos policristalinos.

O equivalente em energia solar CIS de 20 MWatt/ano deverá ser produzido na usina de Miyazaki, na ilha de Kyushu (Japão). 

Com o aumento do mercado de células fotovoltaicas, a tecnologia que usa matéria-prima na forma de sólidos policristalinos sofre problemas de aprovisionamento de silício. Por outro lado, a tecnologia CIS também necessita de aprovisionamento, neste caso ainda mais crítico, uma vez que se trata do índio, metal raro, o qual somente a reciclagem poderia, em longo prazo, garantir quantidades suficientes.

A partir de maio de 2007, a Showa Shell prevê comercializar no Japão os painéis solares CIS, sob a forma de módulos fixados sobre telhados. O produto, em breve, também deverá ser vendido na Alemanha e em outros países europeus, entretanto para estes não há ainda previsão definida.

Quando a luz atinge uma célula solar feita com tecnologia CIS são gerados pares elétron-buraco. Tais pares são separados pela célula solar. Isto leva ao aparecimento de uma corrente no circuito externo que, por exemplo, pode ser usada para acender uma lâmpada. Créditos: CIS Solartechnik

Alternativas outras têm sido pensadas para substituir as células solares de silício. Os japoneses as vêem com grande interesse, na medida em que já está pronto o plano do governo para o financiamento do desenvolvimento da energia solar. 

A Sharp Corporation vai, assim, iniciar em maio a produção em massa de células que utilizam 100 vezes menos silício policristalino que o habitual e a Fuji Electric começou, desde de dezembro de 2006, a produzir células fotovoltaicas utilizando silício amorfo. É importante observar que as pesquisas sobre células solares orgânicas também estão muito ativas no Japão.

Fonte: Enerzine

Novo tipo de silício pode garantir o crescimento do setor fotovoltaico.

Um crescimento anual de 30% - é isso mesmo: trinta por cento! - pode fazer com que qualquer setor da indústria ria à toa, comemore e "bebemore". Tal crescimento vem sendo experimentado já há 5 anos pelo setor do solar fotovoltaico, conforme a "Solar Energy Industries Association" (SEIA).

Só no ano passado, no mundo todo 15 bilhões de dólares de novos produtos foram vendidos pelos construtores. Vamos convir que se trata de uma cifra invejável e invejada, pra ninguém botar defeito, não é?

Mas... nem tudo é simples assim! Esse forte crescimento acarreta conseqüências não tão fáceis de ser contornadas. O mercado, buscando satisfazer as suas necessidades, exige sempre mais, e o aprovisionamento em silício cristalino (silício puro a 99, 99999 %) - material de base das células solares e também muito utilizado na indústria microeletrônica - não consegue satisfazer essas necessidades.

Quando se faz um mapeamento mundial dos fabricantes de silício cristalino e se rastreia suas linhas de produção, o que se verifica não é tão animador quanto o crescimento anual do setor solar fotovoltaico. Tais linhas estão já no máximo de suas capacidades.

As perspectivas futuras não são, como se vê, nada animadoras, mormente frente aos dados fornecidos quando de uma reunião, em 2005, do Conselho Crítico Sobre Materiais (que estuda a disponibilidade mundial de certos materiais), na qual a Associação de Indústrias de Semicondutores (Sematech) apresentou prospectivas de seus analistas que apontavam para uma falta de 6.000 toneladas de polisilício em 2006! É muito? As coisas seguem num crescendo nada animador: em 2007, serão 12.000 toneladas, e 20.000 em 2008.

Contudo, nesse quadro inquietante, surge uma luz no fim do túnel que permite que o setor possa respirar melhor: a Dow Corning acabou de anunciar recentemente o desenvolvimento de um material derivado do silício "metalúrgico" que, segundo a empresa, pode ser misturado ao silício policristalino tradicional de grande pureza para a fabricação de células fotovoltaicas de boa qualidade.

Para a indústria fotovoltaica trata-se de um resultado mais que animador e que poderá fazer face a seu crescimento. Graças à utilização do silício "metalúrgico"- material mais barato e com 98 % de pureza -, a nova tecnologia da Dow Corning tem o potencial de transformar de modo significativo a indústria fotovoltaica.

Silício Solar: novo "compósito" produzido pela Dow Corning. - Créditos: Optics.Org

Normalmente, o silício "metalúrgico" é empregado em aplicações tais como refinamento do aço, além de ser também o ingrediente de base de outros produtos químicos. É no Brasil, na fábrica de Santos Dumont (Estado de Minas Gerais), que a empresa objetiva acelerar fortemente a produção desse novo tipo de silício.

Rudy Miller, diretor de marketing da Dow Corning, informa que o compósito final apresenta as mesmas performances e características de fabricação daquele utilizado tradicionalmente e, ainda, conta com uma vantagem adicional: é mais barato, vantagem esta que, logicamente, será considerada "com carinho" pelo setor fotovoltaico.

FONTE: Optics.Org