A kesterita representa o fim do hidrogênio no mundo e mais um passo em direção à energia ilimitada.
Os dispositivos fotovoltaicos (PV) são produtos capazes de transformar a luz solar em energia elétrica, uma ferramenta que está se expandindo cada vez mais, dada o contexto de transição energética em que nos encontramos.
Com uma popularidade crescente, engenheiros de energia renovável de todo o mundo estão trabalhando para identificar materiais e procedimentos que poderiam contribuir para reduzir ainda mais o custo das tecnologias solares, ao mesmo tempo em que aumentam ainda mais suas eficiências de conversão de energia (PCE).
Kesterita: um material promissor em busca de energia ilimitada
Neste contexto, destaca-se um material altamente promissor para o desenvolvimento de dispositivos fotovoltaicos: a kesterita de banda proibida larga Cu2ZnSnS4 (CZTS). Trata-se de um semicondutor que exibe uma enorme lacuna de energia e, portanto, poderia absorver a luz de forma mais eficiente.
Ao contrário do silício, que atualmente é o material principal usado para fabricar tecnologia fotovoltaica, o CZTS não é um recurso tóxico e é composto por elementos abundantes na Terra. Portanto, poderia ser usado para o desenvolvimento de células solares mais sustentáveis e acessíveis.
Desafios e soluções
Apesar de suas vantagens evidentes, as células solares CZTS até agora têm mostrado eficiências muito menores do que as de silício, com um máximo registrado de 11%.
Este desempenho limitado se deve em grande parte a um procedimento chamado recombinação de portadores, que envolve a recombinação de elétrons e lacunas fotogerados antes que possam ser capturados para produzir eletricidade.
Pesquisa e recozimento de hidrogênio
Nestas circunstâncias, um grupo de pesquisadores da Universidade de Nova Gales do Sul em Sydney analisou a possibilidade de mitigar os efeitos da recombinação de portadores em células solares de kesterita de banda proibida, empregando a técnica de recozimento de hidrogênio.
Publicaram um artigo na Nature Energy, onde mostraram que esta técnica poderia contribuir para uma melhora na coleta de portadores dessas tecnologias solares, através da redistribuição de oxigênio e sódio nas camadas de CZTS.
“Nosso trabalho foi inspirado pela necessidade de identificar um material sustentável, de baixo custo e respeitoso ao meio ambiente para as tecnologias solares da próxima geração”, declarou Kaiwen Sun, autor principal do artigo, para Tech Xplore.
“CZTS é um candidato particularmente promissor como a célula superior em arquiteturas de células solares em tandem devido à sua banda proibida ajustável, sua estabilidade e ao uso de elementos não tóxicos abundantes na Terra. No entanto, um desafio chave tem sido melhorar a eficiência da coleta deste material”, disse Sun.
Benefícios do recozimento de hidrogênio
O recozimento de hidrogênio é uma técnica que aquece dispositivos em uma atmosfera carregada de hidrogênio. Para isso, os pesquisadores desenvolveram um sistema simples e escalável para recozer.
“O hidrogênio desempenha um papel crucial em nosso método, ao redistribuir o sódio dentro do material e passivar os defeitos, particularmente perto da superfície do absorvedor. Este processo melhora significativamente o transporte e a coleta de portadores, fatores-chave para alcançar dispositivos de alto desempenho“, esclareceu Sun.
Ao melhorar essas propriedades, nossa abordagem fortalece a posição do CZTS como um material de célula superior prático e econômico em células solares em tandem, capaz de se emparelhar eficientemente com o silício para uma utilização mais ampla do espectro solar.
O futuro da energia ilimitada
Como parte do trabalho, Sun e os demais especialistas utilizaram um mecanismo de recozimento de hidrogênio proposto para uma célula solar CZTS sem cádmio. Assim, descobriram que essa perspectiva impulsionou consideravelmente a célula solar, alcançando uma nova eficiência recorde de 11,4%.
A kesterita marca o fim do hidrogênio no mundo e dos painéis solares convencionais, o passo que nos faltava para alcançar a energia infinita. A mesma energia infinita que se trata de alcançar com o Santo Graal dos Estados Unidos.
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