Pesquisadores solares de ambos os lados do Pacífico estão olhando para o espaço em busca de melhores células solares. Em anúncios separados, o fabricante chinês de módulos Jinko Solar e o Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA (LNER), comunicaram que estão explorando a produção de tecnologias fotovoltaicas usadas no espaço para melhorar o retorno de energia solar na Terra.

No LNER, os pesquisadores afirmam ter feito um avanço na tecnologia de células III-V que, segundo eles, poderia reduzir significativamente os custos das células altamente eficientes – e muito caras. A equipe disse que criou fosfeto de alumínio e índio (AlInP) e fosfeto de alumínio e índio e gálio (AlGaInP) em um reator epitaxial na fase de vapor de hidreto.

Referindo-se aos grupos da tabela periódica em que esses materiais são encontrados, as células solares III-V são comumente usadas em aplicações espaciais, como recarregar satélites ou o astromóvel marciano. Mais eficientes do que as células à base de pastilhas de silício usadas na Terra, elas são proibitivamente caras.

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Um problema epitaxial

O custo está em grande parte relacionado ao processo de produção de epitaxia na fase de vapor metálico (EFVMO) de duas horas por célula, que envolve vários vapores químicos sendo depositados em um substrato em uma única câmara.

Uma solução parcial foi sugerida pelo LNER, com seu processo de epitaxia dinâmica em fase de vapor de hidreto (D-HVPE), que reduziu o tempo necessário para menos de um minuto por célula. No entanto, a incapacidade de incorporar uma camada com teor de alumínio mostrou queda na eficiência das células.

Ao usar o D-HVPE, o LNER produziu células solares a partir de arsenieto de gálio (GaAs) e fosfeto de índio e gálio (GaInP), com o último trabalhando como uma “camada de janela” para passivar a frente, permitindo que a luz passasse para a camada absorvente de GaAs. No entanto, a camada GaInP não é tão transparente quanto a camada AlInP, que pode ser facilmente criada em um reator de EFVMO.

O recorde mundial de eficiência para células solares de GaAs produzidas em EFVMO com camadas de janela de AlInP é de 29,1%. Para alternativas com GaInP, o valor máximo para células solares produzidas com HVPE é estimado em 27%.

Avanços distintos

“Existe uma parte confiável da literatura que sugere que as pessoas nunca seriam capazes de produzir esses compostos com epitaxia na fase de vapor de hidreto”, disse Kevin Schulte, cientista do Centro de Aplicações e Desempenho de Materiais da LNER, e principal autor de um artigo que destaca a nova pesquisa. “Essa é uma das razões pelas quais muitos da indústria de III-V adotaram o EFVMO, que é a técnica de crescimento dominante de III-V”. Referindo-se ao desenvolvimento mais recente, Schulte acrescentou: “Essa inovação muda as coisas”.

A equipe do LNER disse que estava trabalhando para melhorar a economia das células de GaAs, avançando a tecnologia de forma incremental. Primeiro, o processo D-HVPE reduziu custos e agora a produção do alumínio significa maior eficiência. Com o alumínio adicionado à mistura D-HVPE, os cientistas disseram que deveriam conseguir alcançar a paridade com as células solares do EFVMO.

O laboratório no ano passado produziu uma célula de GaAs 25,3% eficiente usando D-HVPE. Kelsey Horowitz, parte do grupo de análise técnico-econômica do LNER, sugeriu que as células D-HVPE fabricadas em escala poderiam gerar eletricidade a US$ 0,20-0,80 / W, com a ajuda de alguns ajustes e aplicações como integração de veículos elétricos, sistemas para telhados não suficientemente fortes para suportar uma matriz fotovoltaica de silício e painéis solares portáteis ou vestíveis podem ser viáveis ​​a esse custo. “Existem mercados intermediários em que preços mais altos podem ser tolerados”, disse ela.

“O processo HVPE é um processo mais barato”, disse Aaron Ptak, cientista sênior do Centro Nacional de Energia Fotovoltaica do LNER. “Agora, mostramos um caminho para a mesma eficiência, igual aos outros caras, mas com uma técnica mais barata. Antes, éramos um pouco menos eficientes, mas mais baratos. Agora existe a possibilidade de ser exatamente tão eficiente e mais barato”.

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Jinko

No Pacífico, a Jinko Solar assinou uma declaração de intenções com o Instituto de Fontes Espaciais de Xangai para desenvolver em conjunto a tecnologia de células solares de alta eficiência. O fabricante de energia solar disse que usará uma pastilha de silício mais robusta como substrato de suporte e célula base.

A Jinko não forneceu mais detalhes sobre a tecnologia das células, mas disse que sua tecnologia solar de alta eficiência tiraria vantagem da disponibilidade barata de pastilhas de silício e seria facilmente transferida para a fabricação em larga escala.

“A cooperação estratégica com o Instituto de Fontes Espaciais de Xangai tem grande importância”, disse Jin Hao, vice-presidente da Jinko Solar. “No futuro, continuaremos a aumentar a cooperação técnica, liderando nossa indústria em nome da inovação técnica e fornecendo painéis solares mais eficientes, com uma ampla gama de opções para clientes globais”.

Jinko previu que a nova tecnologia celular levaria a uma taxa de conversão mais alta do que as tecnologias atuais, mas disse que são necessárias mais pesquisas.

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