Revestimento turbina célula solar em mais de 40%

Esquema das nanoestruturas que formam a metassuperfície (esquerda) e seu efeito sobre a concentração de luz (direita).
[Imagem: Mahmoud H. Elshorbagy et al. - 10.1016/j.solener.2020.03.075]

Metassuperfície

Pesquisadores da Universidade Carlos III de Madri, na Espanha, desenvolveram uma estrutura nanométrica para recobrir a superfície de painéis solares de silício e melhorar seu desempenho em até 40%.

É um ganho estupendo, sobretudo levando-se em conta que as células solares de silício já estão próximas de sua eficiência máxima.

Mahmoud Elshorbagy e seus colegas afirmam que esse revestimento pode ser adicionado a qualquer painel solar durante sua fabricação, alcançando uma melhor eficiência energética.

O revestimento é baseado em uma "metassuperfície", ou seja, uma superfície composta por pequenas estruturas que se repetem em um padrão - tanto as estruturas quanto o padrão são menores do que o comprimento de onda da luz visível.

As estruturas projetadas pela equipe têm o formato de cruz, que foram gravadas sobre a superfície de células solares de silício de filme fins, especificamente na camada condutora transparente onde a luz entra. A seguir, nanoesferas de material dielétrico especialmente projetadas preenchem essas cruzes.

Com isso, a luz que chega à célula solar é efetivamente redirecionada para sua área ativa, local onde é transformada em corrente elétrica pelo efeito fotoelétrico.

Usando essa técnica, mais luz pode ser capturada na célula solar, gerando até 40% a mais de corrente.

Ganho de eficiência

Os melhores resultados foram obtidos com nanoesferas de óxido de zinco com diâmetros de 420 nanômetros - a espessura de um fio de cabelo humano varia de 60.000 a 80.000 nanômetros.

"O segredo para conseguir isso de forma eficaz em determinadas 'cores' é escolher os tamanhos e materiais corretos," explica o professor Ricardo Vergaz. "Avaliamos milhares de tamanhos e índices de refração possíveis, a propriedade óptica mais importante do material das esferas."

Outra vantagem do revestimento é que os efeitos produzidos permitem que a espessura da camada ativa da célula solar seja reduzida, de forma a gerar a corrente de forma mais eficiente, economizando material durante o processo de fabricação.

"Ao reduzir essa camada, a extração dos elétrons gerados pela luz também é mais eficaz, uma vez que eles têm menos caminho para atravessar onde poderiam ser reabsorvidos," escreveram os pesquisadores.

Além disso, a absorção que ocorre nas camadas ao redor da camada ativa tem um efeito de aquecimento, o que pode permitir que seus defeitos sejam reduzidos a longo prazo.

Bibliografia:

Artigo: Boosting ultrathin aSi-H solar cells absorption through a nanoparticle cross-packed metasurface
Autores: Mahmoud H. Elshorbagy, Eduardo López-Fraguas, José Manuel Sánchez-Pena, Braulio García-Cámara, Ricardo Vergaz
Revista: Solar Energy
Vol.: 202, Pages 10-16
DOI: 10.1016/j.solener.2020.03.075

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