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Uma célula solar de perovskita bifacial, que permite que a luz solar alcance os dois lados do dispositivo, tem o potencial de produzir maiores rendimentos de energia com custos gerais mais baixos, de acordo com cientistas do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos EUA.
A natureza dupla de uma célula solar bifacial permite a captura da luz solar direta na frente e a captura da luz solar refletida na parte traseira, permitindo que esse tipo de dispositivo supere suas contrapartes monofaciais.
“Esta célula de perovskita pode operar de forma muito eficaz de qualquer um dos lados”, disse Kai Zhu, cientista sênior do Centro de Química e Nanociência do NREL e principal autor de um novo artigo publicado na revista. Joule: “Células solares de perovskita de junção única bifaciais altamente eficientes.” Seus coautores do NREL são Qi Jiang, Rosemary Bramante, Paul Ndione, Robert Tirawat e Joseph Berry. Outros co-autores são da Universidade de Toledo.
Pesquisas anteriores com células solares de perovskita bifacial produziram dispositivos considerados inadequados em comparação com células monofaciais, que têm um recorde atual de 26% de eficiência. Idealmente, observaram os pesquisadores do NREL, uma célula bifacial deve ter uma eficiência frontal próxima à célula monofacial de melhor desempenho e uma eficiência traseira semelhante.
Os pesquisadores conseguiram fazer uma célula solar onde a eficiência sob iluminação de ambos os lados é próxima. A eficiência medida em laboratório da iluminação frontal atingiu mais de 23%. Da iluminação traseira, a eficiência foi de cerca de 91% a 93% da frontal.
Antes de construir a célula, os pesquisadores contaram com simulações ópticas e elétricas para determinar a espessura necessária. A camada de perovskita na frente da célula tinha que ser suficientemente espessa para absorver a maioria dos fótons de uma certa parte do espectro solar, mas uma camada de perovskita muito espessa pode bloquear os fótons. Na parte de trás da célula, a equipe do NREL teve que determinar a espessura ideal do eletrodo traseiro para minimizar a perda resistiva.
Segundo Zhu, as simulações orientaram o projeto da célula bifacial e, sem essa ajuda, os pesquisadores teriam que produzir experimentalmente célula após célula para determinar a espessura ideal. Eles descobriram que a espessura ideal para uma camada de perovskita é de cerca de 850 nanômetros. Em comparação, um fio de cabelo humano tem aproximadamente 70.000 nanômetros.
Para avaliar a eficiência obtida com a iluminação bifacial, os pesquisadores colocaram a célula entre dois simuladores solares. A luz direta foi direcionada para a frente, enquanto a parte de trás recebeu luz refletida. A eficiência da célula aumentou à medida que a proporção de luz refletida para a iluminação frontal aumentou.
Embora os pesquisadores estimem que um módulo solar de perovskita bifacial custaria mais para fabricar do que um módulo monofacial, com o tempo os módulos bifaciais podem acabar sendo melhores investimentos financeiros porque geram 10% a 20% a mais de energia.
O Escritório de Tecnologias de Energia Solar do Departamento de Energia dos EUA financiou a pesquisa.
O NREL é o principal laboratório nacional do Departamento de Energia dos EUA para pesquisa e desenvolvimento em energia renovável e eficiência energética. O NREL é operado para o DOE pela Alliance for Sustainable Energy LLC.
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