Cientistas do Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA (NREL, da sigla em inglês) anunciaram recentemente a fabricação de uma célula solar com eficiência de quase 50%. Segundo divulgou a entidade, a célula solar de seis junções detém o recorde mundial de maior eficiência de conversão solar, com 47,1%, medidos sob iluminação concentrada. Uma variação da mesma célula também estabeleceu o recorde de eficiência sob iluminação solar em 39,2%, garante o NREL.

"Este dispositivo demonstra o extraordinário potencial das células solares de multijunções", disse John Geisz, cientista do Grupo de Fotovoltaicos Cristalinos de Alta Eficiência do NREL e principal autor de um artigo sobre a nova célula intitulado “Six-junction III-V solar cells with 47.1% conversion efficiency under 143 suns concentration” (“Células solares III-V de seis junções, com 47,1% de eficiência de conversão sob concentração de 143 sóis", em tradução livre), publicado na revista Nature Energy. São coautores do artigo os também cientistas do NREL Ryan France, Kevin Schulte, Myles Steiner, Andrew Norman, Harvey Guthrey, Matthew Young, Tao Song e Thomas Moriarty.

Para construir o dispositivo, os pesquisadores utilizaram materiais III-V — assim chamados por causa de sua posição na tabela periódica —, que possuem uma ampla gama de propriedades de absorção de luz. Cada uma das seis junções da célula (as camadas fotoativas) é especialmente projetada para capturar a luz de uma parte específica do espectro solar. O dispositivo contém no total 140 camadas de vários materiais III-V que dão suporte ao desempenho dessas junções, e ainda assim é três vezes mais fino do que um fio de cabelo humano. Devido à sua natureza altamente eficiente e ao alto custo associado à sua fabricação, as células solares III-V são usadas com mais frequência para alimentar satélites, que se beneficiam do desempenho incomparável dos materiais III-V.

Na Terra, no entanto, a célula solar de seis junções é mais adequada para uso com energia fotovoltaica concentrada. “Uma maneira de reduzir custos é diminuir a área necessária, e isso é possível com o uso de um espelho para capturar a luz e focá-la em um ponto. Dessa forma, é possível utilizar apenas um centésimo ou até um milésimo do material empregado uma célula de silício de placa plana: concentrando a luz, utiliza-se muito menos material condutor. Uma vantagem adicional é que a eficiência aumenta na medida em que a luz é concentrada”, afirmou Ryan France, cientista do Grupo de Multijunções III-V do NREL. Ele afirmou ser "muito viável" que a célula solar exceda 50% de eficiência. E no futuro, será possível chegar a 100% de eficiência? Segundo os pesquisadores não, devido aos limites fundamentais impostos pela termodinâmica.

Ainda de acordo com o time de pesquisadores, atualmente a principal dificuldade para se atingirem os 50% de eficiência consiste em reduzir as barreiras resistivas dentro da célula, que impedem o fluxo de corrente. Ao mesmo tempo, o NREL está fortemente envolvido na redução do custo das células solares III-V, buscando estender o alcance desses dispositivos de alta eficiência a novos mercados.

A pesquisa foi financiada pelo Escritório de Tecnologias de Energia Solar do Departamento de Energia dos EUA (DoE, de Department of Energy). O NREL é o principal laboratório do DoE para pesquisa e desenvolvimento de energia renovável e eficiência energética.