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Tecnologia de célula solar à base de germânio para agrovoltaica

Cientistas alemães fabricaram uma célula fotovoltaica de germânio amorfo aprimorada que confina a luz em um absorvedor ultrafino.

Imagem: Centro Espacial Alemão

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Cientistas alemães fabricaram uma célula fotovoltaica de germânio amorfo aprimorada que confina a luz em um absorvedor ultrafino. Tem o potencial de combinar PV com fotossíntese em novas aplicações solares em biorreatores, estufas e terras agrícolas.

Pesquisadores do Centro Aeroespacial Alemão (DLR) desenvolveram uma célula solar seletiva baseada em uma pilha de camadas absorventes ultrafinas de nip e um filtro de filme fino seletivo espectral. Eles afirmam que ele pode ser usado para produzir módulos fotovoltaicos espectralmente seletivos com aplicações potenciais na agricultura, estufas e fotobiorreatores.

Eles apresentaram suas descobertas em ” Engenharia espectral de células solares de germânio ultrafinas para fotovoltaica e fotossíntese combinadas ” , que foi publicado recentemente na Optics Express . O dispositivo é uma célula solar de germânio amorfo aprimorado (a-Ge: H) que pode confinar a luz em um absorvedor ultrafino.

“Devido ao forte confinamento óptico e ao alto coeficiente de absorção de a-Ge: H, a espessura do absorvedor pode ser reduzida para ∼5-10 nm enquanto se atinge 5% de eficiência para uma célula solar opaca”, disseram os acadêmicos. “Escolhemos germânio amorfo em vez de silício amorfo como material absorvente devido ao seu coeficiente de absorção mais alto para comprimentos de onda superiores a 500 nm.”

A tecnologia é baseada apenas na deposição de vapor aprimorada por plasma e pulverização catódica magnetron, que são métodos de deposição de película fina bem estabelecidos e comprovados pela indústria, disse o grupo.

“No momento, estamos preparando um projeto no qual células solares espectralmente seletivas serão reduzidas a um tamanho de módulo pequeno”, disse o pesquisador Norbert Osterthun à revista pv. “Esses módulos serão testados em ambientes de estufas em Almería e Oldenburg, representando as condições de duas regiões altamente relevantes para o cultivo em estufas na Europa.”

A célula espectralmente seletiva usa a chamada “lacuna verde” e a parte infravermelha (IR) do espectro, que não são usadas pelas plantas para a fotossíntese.

“Nossa célula absorve apenas a parte espectral verde e infravermelha da luz do sol, enquanto transmite a luz azul e vermelha que é absorvida no processo de fotossíntese pela clorofila”, acrescentou Osterthun.

O grupo de pesquisa construiu a célula com uma multicamada transparente de óxido metálico e óxido metálico (MOMO).

“A natureza do MOMO permite seu uso duplo como filtro óptico e como contato elétrico”, disse Osterthun, observando que ele é baseado em um ressonador Fabry-Perot, que é o ressonador óptico mais básico conhecido por suas propriedades de filtragem de cores. “A transmissão espectralmente seletiva da célula solar pode ser facilmente ajustada às necessidades das plantas apenas mudando a espessura da camada reflectora”, acrescentou Osterthun.

De acordo com seus criadores, o celular tem uma eficiência de conversão de energia de 1,6% e 2,3% com uma transmissão azul entre 16% e 4% e uma transmissão vermelha entre 48% e 34%.

“Três diferentes espessuras de prata foram estudadas no refletor MOMO, adaptando a espessura da camada de prata, a relação entre a luz para iluminação de algas ou plantas”, disseram os acadêmicos. “A célula solar mostra um enorme potencial para combinar energia fotovoltaica com fotossíntese para alcançar novas aplicações de células solares em biorreatores, estufas ou terras agrícolas.”

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