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É através da junção de dois materiais distintos que se formam as células solares de silício, as mais usadas do mercado, junção a que se dá o nome de heterojunção.

Heterojunção na base da criação de células solares

A heterojunção tem como princípio favorecer o ambiente energético, separando as cargas elétricos.

Na prática, o silício pode ser estimulado com elementos diferentes, formando uma nova junção p-n, seja, um material tipo p (positivo) e outro do tipo n (negativo).

Quanto às células orgânicas, já dependem de vários tipos de materiais diferentes (tanto doadores e recetores de cargas) para criar essa heterojunção, não havendo uma separação física e bem distinta entre os dois tipos de materiais.

Aprimoramento da heterojunção na criação de células solares

Para facilitar o processo de criação de uma célula solar, foi descoberto um conceito novo para criar essas heterojunções fotovoltaicas, usam apenas um único material.

A equipa de investigadores tirou proveito das fases cristalinas existentes em muitos materiais com diferentes configurações estruturais. Fenómeno a que se dá o nome de polimorfismo, em que um mesmo material pode apresentar diferentes propriedades, dependendo dos arranjos específicos de átomos e moléculas na sua estrutura cristalina.

Assim, ao juntar essas duas fases do mesmo material, a equipa de investigadores deu a conhecer a formação de células solares de heterojunção de fase.

Células solares de heterojunção de fase

Princípio Fotovoltaico
Princípio Fotovoltaico – Como usa um único material, o processo de fabrico destas novas células solares é mais simples. [Imagem: Ran Ji et al. – 10.1038/s41560-022-01154-y]
Os materiais, iodeto de chumbo e césio, fazem parte da classe das perovskitas, tendo sido usados nas fases cristalinas conhecidas por beta e gama.

Yana Vaynzof explicou o processo: “As propriedades óticas e eletrónicas do iodeto de chumbo e césio nas fases beta e gama são diferentes umas das outras. Ao colocar uma perovskita gama sobre uma perovskita beta, temos uma célula solar de heterojunção de fase, que é mais eficiente em comparação com as células solares baseadas em perovskitas de fase única”.

A formação da célula solar de heterojunção de fase ocorre já em pé de igualdade com as suas primas mais conhecidas.

É que camadas mais espessas da fase gama, provocaram uma melhoria significativa em todos os parâmetros de desempenho fotovoltaico, com o dispositivo campeão atingindo uma eficiência de conversão de energia de mais de 20%.

Como existem muitos semicondutores com polimorfismo, este novo conceito vem abrir caminho para novas aplicações, que tenham como base, heterojunções de fase, pois estas podem ser criadas a partir de um único material com processos simples e baratos.

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