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Soluções de energia limpa e sustentável são essenciais para atender às crescentes demandas de energia da população humana. Células solares de alta eficiência são candidatos promissores para reduzir as emissões de carbono e alcançar a neutralidade do carbono. A esse respeito, as células solares de disseleneto de cobre, índio, gálio e enxofre (CIGSSe) processadas em solução geraram um interesse significativo devido às suas excelentes propriedades fotovoltaicas, como alta absorção de luz visível, estabilidade e bandgap ajustável. No entanto, aplicações práticas em grande escala são limitadas por um desafio duplo.
A eficiência de conversão de energia (PCE) de células solares de disseleneto de cobre, índio, gálio e enxofre processadas em solução é significativamente menor em comparação com a obtida por métodos caros de fabricação baseados em vácuo. Além disso, os métodos baseados em solução dependem de solventes que são perigosos. Para esse fim, pesquisadores da Universidade Nacional de Incheon, na Coréia, desenvolveram uma técnica de fabricação econômica e ecológica usando deposição de spray aquoso em ambiente de ar que não requer vácuo. Esta nova abordagem produz um PCE relativamente alto de mais de 17%.
Em primeiro lugar, a fabricação de CIGSSe baseada em solução produz uma eficiência de conversão de energia muito baixa e geralmente usa solventes que não são ecológicos. Em segundo lugar, para obter maior eficiência de conversão de energia, os métodos de fabricação dependem de um ambiente de vácuo caro que leva a uma perda substancial de material. Para esse fim, uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor JunHo Kim, do Centro de Pesquisa de Energia Global para Neutralidade de Carbono, Universidade Nacional de Incheon, Coréia, desenvolveu um método de fabricação de baixo custo e ecologicamente correto de células solares CIGSSe de alta eficiência.
Em um estudo disponibilizado online em 4 de setembro de 2022 e posteriormente publicado no volume 32, edição 46 de Advanced Functional Materials em 10 de novembro de 2022, os pesquisadores usaram deposição de spray aquoso em um ambiente de ar e desenvolveram uma célula solar CIGSSe com eficiência de conversão de energia (PCE). maior que 17%. “Para a solução de pulverização, usamos água deionizada, que é ecologicamente correta e o solvente mais barato até agora”, explica o Prof. Kim. Além disso, os processos convencionais de fabricação baseados em soluções dependem de buffers à base de cádmio ambientalmente perigosos para a otimização de células solares de película fina. Nesta nova técnica, os pesquisadores usaram tampão à base de sulfeto de índio, que é uma alternativa ecológica e livre de cádmio.
Os pesquisadores investigaram ainda mais os efeitos de liga de zircônio em tampões de sulfeto de índio. Notavelmente, a equipe descobriu que a liga de zircônio aumenta a concentração de elétrons no buffer. Além disso, este método “passiva” ou reduz os estados de defeito no absorvedor CIGSSe, otimizando a transferência de carga entre várias interfaces, levando a um PCE aprimorado. Além disso, os pesquisadores alcançaram ainda mais passivação de defeitos e PCE mais alto, de mais de 17%, ligando o absorvedor CIGSSe com potássio. A célula fabricada tem um bandgap ideal para aplicações de alta eficiência, como uma célula inferior ou uma célula tandem.
Essa nova técnica é econômica e facilmente escalável, pois não requer um ambiente de vácuo. Como observa o Prof. Kim, “Realizamos a deposição por spray em um ambiente de ar sem usar nenhuma instalação de alto vácuo, o que reduz significativamente o custo de fabricação e, portanto, torna a técnica de fabricação mais prática e competitiva no setor industrial.”
Este desenvolvimento melhora simultaneamente o desempenho e a fabricação de células solares CIGSSe. Isso revolucionará a aplicação dessas células em dispositivos fotovoltaicos integrados e dispositivos fotovoltaicos integrados a veículos e como fontes de energia para dispositivos de internet das coisas.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade Nacional de Incheon. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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