'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."

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