Mistério de defeito de células
solares é resolvido depois de décadas de esforço Global.
Uma equipe de cientistas da
Universidade de Manchester resolveu uma falha importante em painéis solares
após anos de pesquisa de 40 anos em todo o mundo.
Os painéis solares estão
entre os sistemas mais disponíveis de geração de energia através de fontes
renováveis, devido ao seu custo relativo e disponibilidade para o consumidor.
No entanto, a maioria das células solares atinge apenas 20% de eficiência -
para cada kW de luz solar equivalente, cerca de 200W de energia elétrica pode
ser gerada.
Agora, uma equipe
internacional de pesquisadores resolveu uma questão fundamental do defeito do
material que limita e degrada a eficiência das células solares. O problema é
conhecido e estudado há mais de 40 anos, com mais de trabalhos de pesquisa 270
atribuídos ao problema sem solução.
A nova pesquisa mostra a
primeira observação de um defeito de material anteriormente desconhecido que
limita a eficiência da célula solar de silício.
O professor Tony Peaker, que
coordenou a pesquisa publicada no Journal of Applied Physics, disse: “Por causa
do impacto ambiental e financeiro, a 'degradação da eficiência' do painel solar
tem sido tema de grande interesse científico e de engenharia nas últimas quatro
décadas. No entanto, apesar de algumas das melhores mentes do negócio
trabalhando nisso, o problema resistiu firmemente à resolução até agora”.
“Durante
as primeiras horas de operação, após a instalação, a eficiência de um painel
solar cai de 20% para cerca de 18%. Uma queda absoluta de 2% na eficiência pode
não parecer grande coisa, mas quando você considera que esses painéis solares
são responsáveis por entregar uma fração grande e exponencial das
necessidades totais de energia do mundo, é uma perda significativa de capacidade
de geração de eletricidade.
Após anos de pesquisa,
cientistas identificam a principal falha na eficiência dos painéis solares.
O custo energético deste
défice através das medidas de capacidade solar instaladas no mundo em gigawatts
10, isto é equivalente a mais energia do que é produzido pelo total combinado
de usinas nucleares 15 do Reino Unido. O déficit solar tem, portanto, de ser
atendido por outras fontes de energia menos sustentáveis, como a queima de
combustíveis fósseis.
A abordagem experimental e
teórica multidisciplinar empregada pelos pesquisadores identificou o mecanismo
responsável pela Degradação Induzida pela Luz (LID). Combinando uma técnica
elétrica e óptica especializada, conhecida como "espectroscopia de transientes
de nível profundo" (DLTS), a equipe descobriu a existência de um defeito
de material que inicialmente fica inativo no uso de silício para fabricar as
células.
A carga eletrônica dentro da
maior parte da célula solar de silício é transformada sob a luz solar, parte de
seu processo de geração de energia. A equipe descobriu que essa transformação
envolve uma 'armadilha' altamente eficaz que impede o fluxo de portadores de
carga gerados por foto (elétrons).
O Dr. Iain Crowe disse: “Este fluxo de elétrons é o que determina
o tamanho da corrente elétrica que uma célula solar pode fornecer a um
circuito, qualquer coisa que impeça efetivamente reduzir a eficiência da célula
solar e a quantidade de energia elétrica que pode ser gerada para um dado nível
de luz solar. Nós provamos que o defeito existe, agora é uma correção de
engenharia que é necessária”.
A técnica padrão da indústria
usada para determinar a qualidade do material de silício mede a "vida
útil" das transportadoras de carga, que é mais longa em material de alta
qualidade com menos "armadilhas". Os pesquisadores de Manchester,
liderados pelo professor Matthew Halsall, descobriram que suas observações
estavam fortemente correlacionadas com essa vida útil da portadora de carga,
que foi reduzida significativamente após a transformação do defeito sob
iluminação. Eles também notaram que o efeito foi reversível, o tempo de vida
aumentou novamente quando o material foi aquecido no escuro, um processo
comumente usado para remover as 'armadilhas'.
O debate sobre a crise
climática intensificou-se na memória recente e o impulso em direção às energias
renováveis tem sido visto como uma mudança política importante. Enquanto o
Reino Unido recentemente quebrou seu recorde anterior de passar uma semana sem
usar a energia produzida por carvão no mesmo mês, a CO2 atmosférica
ultrapassou o nível mais alto da história da humanidade.
Energy é uma das balizas de
pesquisa da Universidade de Manchester - exemplos de descobertas pioneiras,
colaboração interdisciplinar e parcerias intersetoriais que abordam algumas das
maiores questões que o planeta enfrenta. (processindustryinformer)
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