Técnica promissora usa o cloro para tornar painéis solares mais eficientes

Técnica promissora usa o cloro para tornar painéis solares mais eficientes

Por Gustavo Minari | Editado por Douglas Ciriaco | 23 de Setembro de 2021 às 18h04
byrdyak/Envato

Pesquisadores da Loughborough University, na Inglaterra, conseguiram aumentar a eficiência de painéis solares fabricados com um composto químico conhecido como telureto de cádmio (CdTe), um material mais barato e menos poluente do que o silício monocristalino utilizado na construção de células fotovoltaicas convencionais.

O telureto de cádmio não tratado possui uma eficiência muito baixa de apenas 1%, mas quando esse composto químico passa por um tratamento especial com cloro a 420 °C por aproximadamente 20 minutos, sua eficácia energética aumenta drasticamente, podendo chegar a até 22%.

“Essas descobertas podem melhorar a compreensão de como o cloro melhora o desempenho elétrico com alguns ajustes adicionais, resultando em eficiências ainda maiores, superiores a 25%. Isso ajudaria os módulos solares de CdTe a produzir eletricidade a um custo ainda mais baixo”, afirma a professora de química Pooja Goddard, autora principal do estudo.

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Limites de grão

Durante muito tempo, os pesquisadores acreditaram que a remoção de defeitos conhecidos como falhas de empilhamento eram responsáveis pelo aumento da eficiência das células de energia fabricadas com telureto de cádmio. No entanto, cálculos teóricos feitos pela equipe mostraram que essa abordagem não tinha efeito algum sobre a eficácia dos painéis solares.

Modelo do telureto de cádmio com (a) e sem (b) falhas de empilhamento (Imagem: Reprodução/Loughborough University)

Em vez disso, eles perceberam que certas regiões do material conhecidas como “limites de grão” — onde cristais de orientação diferente se juntam — são responsáveis pela queda na eficiência das células de energia. Para entender esse processo, a equipe da professora Goddard utilizou métodos de modelagem de mecânica quântica.

“Os limites dos grãos são muito complexos e cheios de defeitos que podem atuar como armadilhas para elétrons, tornando essas áreas ativas. Em um processo conhecido como passivação, o cloro consegue desativar algumas das armadilhas e tornar os contornos dos grãos menos ativos, aumentando a eficiência do telureto de cádmio”, explica Goddard.

Eliminando as falhas

Nos testes realizados em laboratório, os pesquisadores descobriram que se houver cloro suficiente nos limites dos grãos, é possível acionar um mecanismo em cascata para remover as falhas de empilhamento em toda a estrutura das células fotovoltaicas fabricadas com telureto de cádmio.

Tratamento com cloro melhora a eficiência energética das células de telureto de cádmio (Imagem: Reprodução/Loughborough University)

A ideia agora é ampliar os estudos, analisando a dopagem do telureto de cádmio com outros elementos químicos além do cloro, para alcançar uma eficiência energética superior a 25%, aumentando a competitividade desse material em relação à tecnologia atual de fabricação de painéis de silício.

“Embora o desaparecimento das falhas de empilhamento não seja o que causa a melhoria da eficiência, se elas somem do dispositivo, esse é um sinal claro de que a célula de telureto de cádmio pode ter um desempenho muito maior e isso nunca foi mostrado antes”, comemora a professora Goddard.

Fonte: Loughborough University

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