Equipa de investigação internacional revela o poder da passivação para células solares em tandem de silício perovskite
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Uma equipa internacional de investigação de cientistas fotovoltaicos deu um passo crucial para a industrialização de células solares em tandem de silício perovskite. Demonstraram que a passivação da célula superior de perovskite é possível em combinação com células inferiores de silício texturizado com grandes dimensões piramidais, que são a norma atual da indústria para células solares. Além disso, descobriram que a passivação afecta toda a camada de perovskite - ao contrário do silício, em que o tratamento de superfície apenas influencia as camadas superiores -, o que conduz a uma maior melhoria da eficiência.
Os investigadores fotovoltaicos da Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah (KAUST), da Universidade de Friburgo e do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar ISE apresentaram as suas inovações tecnológicas e científicas para a passivação das células de topo de perovskite na revista Science.
As células solares em tandem de perovskite-silício são constituídas por uma célula superior de perovskite e uma célula inferior de silício. Representam o próximo grande avanço tecnológico na energia fotovoltaica, uma vez que o desenvolvimento de células solares de silício está a aproximar-se da sua eficiência física máxima de 29,4% para converter a luz solar em eletricidade.
Para a produção em larga escala destas células solares em tandem, seria vantajoso utilizar uma célula solar de silício padrão para a célula inferior, uma vez que os seus processos de fabrico já estão bem estabelecidos. Estas células solares são texturizadas para aumentar a sua área de superfície, aumentando a eficiência, mas esta texturização também complica a deposição da camada de perovskite. Ainda não tinha sido possível obter uma passivação superficial de alta qualidade da célula superior de perovskite na superfície em forma de pirâmide.
"Até agora, a passivação eficaz não foi totalmente aproveitada nas células solares em tandem de silício de perovskite texturizado, com o sucesso anterior em grande parte confinado a arquitecturas de frente plana. Mas agora conseguimos uma excelente passivação depositando dihidroiodeto de 1,3-diaminopropano na superfície irregular da perovskita", afirmou o Dr. Oussama Er-Raji, principal autor do artigo e cientista do Fraunhofer ISE. As células solares em tandem passivadas alcançaram uma eficiência de conversão de até 33,1%, com uma tensão de circuito aberto de 2,01 volts.
Os cientistas observaram também que a passivação da célula superior de perovskite melhorou a condutividade e, consequentemente, o fator de preenchimento da célula. Provaram que esta melhoria se deve a um efeito de campo profundo resultante da passivação. Nas células solares de silício, a passivação actua apenas perto da superfície, ao passo que nas células solares de perovskite, o tratamento da superfície tem impacto em todo o absorvente, melhorando as suas propriedades em massa.
"Stefaan De Wolf, Professor de Ciência e Engenharia de Materiais e Física Aplicada na KAUST. "Melhora a nossa compreensão dos processos que ocorrem na célula superior enquanto convertem a luz em eletricidade, permitindo aos cientistas aproveitar este conhecimento para desenvolver melhores células solares em tandem".
"Stefan Glunz, Professor de Conversão de Energia Fotovoltaica na Universidade de Freiburg e Diretor da Divisão Fotovoltaica no Fraunhofer ISE. "Para as actuais células solares de silício, a passivação da superfície foi a chave para a obtenção de elevadas eficiências na produção industrial, e é encorajador que a indústria fotovoltaica beneficie também destes efeitos positivos para as células solares em tandem de silício perovskite."
As conclusões dos investigadores baseiam-se nos trabalhos do projeto Farol Fraunhofer MaNiTU, bem como nos projectos PrEsto e Perle, ambos financiados pelo Ministério Federal dos Assuntos Económicos e da Energia.
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Publicação original
Oussama Er-raji, Christoph Messmer, Rakesh R. Pradhan, Oliver Fischer, Vladyslav Hnapovskyi, Sofiia Kosar, Marco Marengo, Mathias List, Jared Faisst, José P. Jurado, ... Udo Schwingenschlögl, Frédéric Laquai, Ahmed A. Said, Juliane Borchert, Patricia S. C. Schulze, Stefaan De Wolf, Stefan W. Glunz; "Electron accumulation across the perovskite layer enhances tandem solar cells with textured silicon"; Science, 2025-9-4
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