As dificuldades concentram-se principalmente no nível da interface entre a camada que captura a luz e o eletrodo metálico traseiro. Nesse local preciso, defeitos microscópicos, reações químicas indesejadas e a migração de átomos perturbam a circulação das cargas elétricas. Consequentemente, essas perturbações limitam consideravelmente a capacidade da célula de converter a luz solar em eletricidade utilizável.
Diagrama ilustrando como a camada intermediária de óxido de germânio melhora a estrutura e o desempenho da célula solar.
Crédito: Prof. Jaeyeong Heo, Universidade Nacional de Chonnam
Felizmente, uma equipe da Universidade Nacional de Chonnam na Coreia do Sul descobriu uma pista interessante para resolver esse problema. Sua abordagem consiste em inserir uma camada extremamente fina de óxido de germânio, com apenas 7 nanômetros de espessura, entre o contato de molibdênio e a camada ativa de sulfeto de estanho. Este filme nanométrico atua como um escudo multifuncional em escala atômica.
Para isso, os pesquisadores usaram um processo de deposição em fase de vapor, um método compatível com a produção em maior escala. Segundo o professor Jaeyeong Heo, esta fina camada intermediária permite bloquear a difusão de impurezas, impedir a formação de compostos resistivos e reduzir os defeitos no material. Como resultado, essas melhorias levam a uma estrutura mais homogênea e a um transporte de carga mais eficiente.
Os resultados publicados na revista Small confirmam um claro progresso. Com efeito, a eficiência de conversão de potência passou de 3,71% para as células padrão para 4,81% com a nova arquitetura, uma melhoria de quase 30%! Este avanço representa um dos valores mais altos já registrados para células solares à base de sulfeto de estanho fabricadas por esta técnica.
Este domínio da interface metal/semicondutor poderia ter ramificações muito além do domínio fotovoltaico. Por exemplo, poderia beneficiar outras tecnologias como transistores de película fina, dispositivos termoelétricos ou sensores, onde a qualidade do contato é primordial para o desempenho global. Este trabalho abre assim novas perspectivas para o desenvolvimento de componentes eletrônicos avançados.
O funcionamento de uma célula solar de película fina
Ao contrário dos painéis clássicos de silício cristalino, as células solares de película fina distinguem-se pela sua espessura reduzida, muitas vezes inferior ao micrômetro. A sua fabricação baseia-se na deposição de finas camadas de materiais fotovoltaicos sobre um substrato de vidro, plástico ou metal. Esta abordagem permite uma produção mais rápida e menos dispendiosa em energia, com uma utilização menor de matéria-prima.
O seu princípio básico permanece a conversão da luz em eletricidade através do efeito fotovoltaico. Quando os fótons da luz solar atingem o material semicondutor, libertam elétrons, criando uma corrente elétrica. No entanto, a finura das camadas exige uma grande precisão na fabricação para evitar perdas de energia.
Entre os materiais utilizados, encontram-se o telureto de cádmio ou o silício amorfo. O sulfeto de estanho atrai a atenção pela sua abundância e ausência de toxicidade. Estas células são particularmente adequadas para aplicações que necessitam de flexibilidade ou uma integração discreta, como em edifícios ou objetos conectados.