Cientistas constroem células solares transparentes altamente eficientes

• Os pesquisadores desenvolvem células solares transparentes e eficientes em termos de energia usando compósitos de microfio de silício.
• Além de absorver a luz solar, essas células solares também utilizam raios refletidos para produzir energia.

Nos últimos anos, as comportas da pesquisa com foco em células solares transparentes foram abertas por cientistas que acreditam que a energia solar pode atender às demandas da sociedade e pode ser o próximo grande sucesso.

Neste interessante fenômeno da energia fotovoltaica, há um trade-off inevitável entre a admissão de luz (transparência visível) e a geração de energia (eficiência de conversão fotovoltaica).

Até agora, vimos várias células solares transparentes coloridas com baixa eficiência energética e transparências modestas. Eles não são adequados para serem implantados em dispositivos eletrônicos, janelas de automóveis e janelas fotovoltaicas integradas a edifícios.

Agora, pesquisadores do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan, na Coréia do Sul, desenvolveram células solares transparentes com eficiência energética, usando compósitos de microfio de silício. Eles têm hastes cilíndricas de silicone embutidas em um material de polímero flexível e transparente.

Qual é a diferença em relação a outras células solares transparentes?

Ao contrário das células solares transparentes existentes, que são baseadas principalmente em corantes, orgânicos e perovskitas, as novas células solares flexíveis e de cor neutra são baseadas no padrão de microfios de n-silício.

O método denominado corrosão iônica reativa profunda é usado para fabricar esses microfios com espaçamento controlável. Eles são então incorporados em uma matriz de polímero transparente e flexível.

Referência:Light:Science &Applications volume | DOI:10.1038 / s41377-019-0234-y | UNIST

Ele é projetado de forma que a luz solar refletida das barras de silício possa ser controlada para aumentar a eficiência. Mais especificamente, a transmitância de luz pode ser ajustada de 10 a 55 por cento, alterando o espaçamento entre os microfios.

Como isso funciona?

Cada haste de silício nesta célula solar funciona como uma camada fotoativa:ela absorve a luz solar e gera eletricidade. Os pesquisadores organizaram as hastes em intervalos específicos para que não possam ser vistas a olho nu. Portanto, as células solares mantêm as características flexíveis e transparentes do próprio substrato.

O processo de fabricação da nova célula solar transparente | Cortesia de pesquisadores

Para aumentar a capacidade de absorção de luz sem comprometer a transparência, os pesquisadores alteraram drasticamente a forma da ponta dos microfios de silício. Embora a absorção, transmissão e reflexão da luz ocorram em células solares convencionais, elas não aproveitam a luz refletida.

A nova estrutura, por outro lado, absorve a luz refletida de volta para a célula solar:a luz solar refletida do topo da haste de silício é absorvida pela haste ao lado dela.

As células solares transparentes baseadas nos microfios de ponta inclinada mostraram eficiência de 8% com transparência visível de 10%. Esta é a maior eficiência alcançada entre as células solares transparentes à base de silício. Eles podem manter sua eficiência inicial mesmo após dezenas de testes de dobra.

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E, ao contrário de outras células solares transparentes de cor neutra, que são fabricadas em substratos de vidro rígido, essas células solares flexíveis podem ter várias aplicações no mundo real, desde dispositivos móveis e vestíveis até geração de energia integrada em edifícios.