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Mistério de Defeito de Células Solares Resolvido Depois de Décadas de Esforço Global

fazenda solar de silício

Uma equipe de cientistas da Universidade de Manchester resolveu uma falha importante em painéis solares após anos de pesquisa da 40 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 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 .

O custo energético deste défice através das medidas de capacidade solar instaladas no mundo em gigawatts da 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 dentro do 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.

Informador de Indústria de Processos

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