Uma equipe de pesquisadores liderada pela professora Anita Ho{0}}Baillie, cátedra John Hooke de Nanociência da Universidade de Sydney, na Austrália, estabeleceu um novo recorde de tecnologia solar para a maior célula solar tandem de silício de-junção tripla-perovskita-do mundo.
Seus 16 cm2A célula de-junção tripla apresenta uma eficiência de conversão de energia-em estado estacionário de 23,3% (certificada de forma independente), que é a mais alta relatada para um dispositivo-de grande área desse tipo. Sua equipe também criou um2célula com eficiência de 27,06%, que estabeleceu novos padrões de estabilidade térmica (ver vídeo).
O impulso para ganhos de eficiência é impulsionado por "maior margem para eficiência de conversão de energia-porque o limite teórico de eficiência para uma junção tripla é de aproximadamente 51%, enquanto para uma junção dupla é de cerca de 45%", diz Ho-Baillie, que também é afiliado ao Net Zero Institute da Universidade de Sydney. "Uma única junção representa 33% se o bandgap da célula solar não for restrito, mas apenas 30% para o silício."
Células solares em tandem multijunção envolvem o empilhamento de células solares com diferentes bandgaps-com o mais alto no lado-voltado para o sol-para permitir que cada célula converta seções do espectro solar em energia elétrica com mais eficiência e para minimizar sub-bandgap e perdas de termalização.
"Em uma célula de duas-junções, por exemplo, a junção de bandgap-larga superior converte energia de fótons mais alta em energia elétrica e faz isso com mais eficiência do que uma junção de bandgap mais estreita-que reduz a perda de termalização", explica Ho-Baillie. "O fóton de energia-mais baixa passa pela junção de banda larga superior-e será absorvido pela junção inferior de banda larga mais estreita para conversão de energia elétrica. Se a junção inferior não estivesse lá, esses fótons de energia-mais baixos resultam em perda de não absorção de sub-bandgap."
Projetos ópticos
Para ilustrar os projetos ópticos envolvidos, as duas principais junções de perovskita da equipe estão eletricamente interconectadas através de nanopartículas de ouro. "Usamos modelagem óptica para simular o efeito da cobertura de nanopartículas na perda óptica e modelagem elétrica para simular o contato ôhmico feito pela nanopartícula", explica Ho-Baillie. "Um equilíbrio é alcançado quando um número suficiente de nanopartículas está presente para uma perda óptica mínima sem comprometer o desempenho elétrico."
A equipe de Ho-Baillie também melhorou a estabilidade e o desempenho da junção de perovskita de banda larga (1,91-eV) ao "substituir o rubídio pelo menos estável metilamônio na perovskita e substituir o dicloreto de piperazínio (PDCI) pelo fluoreto de lítio menos estável como uma camada passivadora de superfície", diz ela.
Ho-A persistência de Baillie em querer visualizar o ouro ultrafino realmente valeu a pena. “É preciso haver uma quantidade crítica de ouro para que os aglomerados se formem e se tornem primeiro um filme semicontínuo”, diz ela. "Mais ouro permitirá o crescimento de um filme contínuo. Abaixo da quantidade crítica do 'cluster', o ouro estará na forma de nanopartículas. O que torna nossas descobertas interessantes é que os filmes -contínuos ou não contínuos-não são necessários para conectar duas junções. As nanopartículas, embora isoladas, são suficientes para o contato ôhmico entre as junções para o transporte vertical do portador,-enquanto minimizam as perdas ópticas."
O que esse recorde de eficiência significa para o campo? "Nossa demonstração fornece informações sobre propriedades importantes dos materiais para futuras melhorias de eficiência", afirma Ho-Baillie. "A análise de perdas também fornece recomendações para futuras melhorias de eficiência-tanto para dispositivos de- áreas pequenas- quanto de{4}}grandes. Próximo passo: uma junção tripla de 30%, avançando para 40%."
O trabalho da equipe envolveu parceiros da China, Alemanha e Eslovênia e recebeu apoio da Agência Australiana de Energia Renovável e do Conselho Australiano de Pesquisa.
