Os pesquisadores desenvolveram uma célula solar tandem combinando seleneto de antimônio e perovskita, alcançando mais de 20% de eficiência, demonstrando um potencial significativo para melhorar a conversão de energia solar e exceder os limites de eficiência tradicionais.
Uma célula tandem foi construída usando perovskita e seleneto de antimônio.
Uma equipe de pesquisa demonstrou pela primeira vez uma célula solar em tandem de prova de conceito usando seleneto de antimônio como material celular inferior e um material de perovskita híbrido orgânico-inorgânico de banda larga como material celular superior. O dispositivo alcançou uma eficiência de conversão de energia superior a 20%. Este estudo mostra que o seleneto de antimônio tem grande potencial para aplicações em células inferiores.
A pesquisa está publicada na revista Materiais e dispositivos energéticos em 4 de março de 2024.
A tecnologia fotovoltaica, que aproveita a luz solar e a converte em eletricidade, é popular porque fornece uma fonte de energia limpa e renovável. Os cientistas continuam a trabalhar para melhorar a eficiência de conversão de energia, ou a medida de eficiência, nas células solares. Eles alcançaram eficiências de conversão de energia superiores a 20% em células solares convencionais de junção única. Alcançar eficiência energética acima do limite de Shockley-Queisser em células solares de junção única exigiria custos muito maiores. No entanto, o limite Shockley-Queisser das células solares de junção única pode ser superado através da fabricação de células solares em tandem. Com células solares tandem, os pesquisadores são capazes de obter maior eficiência energética empilhando materiais de células solares uns sobre os outros.
Desenvolvimento de células solares tandem de seleneto de antimônio
A equipe de pesquisa trabalhou para criar células solares tandem, usando um semicondutor chamado seleneto de antimônio. Pesquisas anteriores com seleneto de antimônio concentraram-se principalmente em aplicações em células solares de junção única. Mas a equipe de pesquisa sabia que, do ponto de vista do intervalo de banda, esse semicondutor poderia ser um material de célula inferior apropriado para células solares tandem.
“O seleneto de antimônio é um material de célula inferior adequado para células solares tandem. No entanto, devido à raridade de células solares tandem relatadas usando-o como célula inferior, pouca atenção tem sido dada à sua aplicação. Montamos uma célula solar tandem com alta eficiência de conversão usando-a como célula inferior para demonstrar o potencial deste material”, disse Tao Chen, professor de Ciência e Engenharia de Materiais na Universidade de Ciência e Tecnologia da China. As células solares tandem são mais capazes de absorver a luz solar do que as células solares de junção única que usam uma única camada de material semicondutor. As células solares tandem convertem uma porção maior da luz solar em eletricidade, por isso são mais eficientes em termos energéticos do que as células solares de junção única.
Demonstração de uma célula solar tandem de prova de conceito composta de seleneto de antimônio e perovskita de banda larga como materiais de absorção de subcélulas inferior e superior. O dispositivo atinge uma eficiência de conversão de energia superior a 20% otimizando o eletrodo transparente da célula superior e o processo de preparação da célula inferior. Crédito: Materiais e Dispositivos Energéticos, Tsinghua University Press
Melhorias no design de células solares
A equipe fabricou células solares tandem de perovskita / seleneto de antimônio que possuem um eletrodo condutor transparente para uma resposta espectral otimizada. Eles foram capazes de ajustar a espessura da camada transparente do eletrodo da célula superior para obter uma alta eficiência superior a 17%. Eles otimizaram a célula inferior de seleneto de antimônio introduzindo uma camada dupla de transporte de elétrons e alcançaram uma eficiência de conversão de energia de 7,58%.
Quando eles montaram mecanicamente as células superior e inferior para criar a célula solar tandem de quatro terminais, a eficiência de conversão de energia excedeu 20,58%, o que é superior à das subcélulas independentes. Sua célula solar tandem apresenta excelente estabilidade com elementos de composição não tóxicos. “Este trabalho fornece uma nova estrutura de dispositivo em tandem e demonstra que o seleneto de antimônio é um material absorvente promissor para aplicações de células inferiores em células solares em tandem”, disse Chen.
Olhando para o futuro, a equipe espera trabalhar em direção a uma célula solar tandem de dois terminais mais integrada e melhorar ainda mais o desempenho do dispositivo. “A alta estabilidade do seleneto de antimônio oferece grande conveniência para a preparação de células solares em tandem de dois terminais, o que significa que pode ter bons resultados quando combinado com vários tipos diferentes de materiais de células superiores.”
Referência: “Sb2Se3 como material de célula inferior para perovskita / Sb eficiente2Se3 células solares tandem” por Zhiyuan Cai, Jia Sun, Huiling Cai, Yuehao Gu, Rongfeng Tang, Changfei Zhu, Paifeng Luo e Tao Chen, 4 de março de 2024, Materiais e dispositivos energéticos.
DOI: 10.26599/EMD.2024.9370027
A equipe de pesquisa inclui Zhiyuan Cai, Huiling Cai, Yuehao Gu, Rongfeng Tang, Changfei Zhu e Tao Chen da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, juntamente com Jia Sun e Paifeng Luo da Universidade de Tecnologia de Hefei.
Esta pesquisa é financiada pelo Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento da China; Fundação Nacional de Ciências Naturais da China; Projeto-chave do Fundo de Orientação para Inovação Industrial de Cooperação Escola-Local, Universidade de Tecnologia de Hefei, China; Projeto Principal de Aplicação de Engenharia de Wuhu, China; e o Programa de Inovação Colaborativa do Hefei Science Center, CAS.
