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Olhando para o futuro: as células de energia solar tradicionais são baseadas em um composto semicondutor de silício, que é conhecido por ter uma eficiência máxima teórica de 29% na conversão de luz solar em energia elétrica. No entanto, ao incorporar uma segunda camada de perovskita na camada de base de silício, as células solares têm o potencial de superar esse limite de eficiência em um futuro próximo.
A perovskita é uma classe de compostos que compartilha a mesma estrutura cristalina do mineral óxido de cálcio e titânio. Este material altamente flexível é usado em uma variedade de aplicações, incluindo máquinas de ultrassom, chips de memória e células solares para geração de energia. Estudos recentes sugerem que a perovskita pode ser o "molho secreto" para impulsionar a indústria de células solares para novos níveis de eficiência na geração de energia.
A atual tecnologia de células solares está se aproximando rapidamente de seu nível máximo de eficiência, mas ainda está aquém do necessário para que a energia solar seja um fator atenuante significativo contra o aquecimento global. Os cientistas dizem que a eficiência deve ultrapassar 30%, e a taxa de instalação de novos painéis solares deve aumentar dez vezes em comparação com os níveis atuais de adoção.
Ao adicionar uma camada adicional de perovskita sobre uma base de silício, ambas com propriedades semicondutoras, a quantidade de energia captada da luz solar pode ser aumentada. A camada de silício captura elétrons da luz vermelha, enquanto a camada de perovskita captura a luz azul. A capacidade aprimorada de absorção de energia levará a uma redução no preço geral da energia solar, permitindo assim uma implantação e adoção mais rápidas de painéis solares.
Os cientistas passaram anos desenvolvendo uma tecnologia eficiente de célula solar de silício-perovskita e parece que 2023 marcará um marco significativo neste campo. Avanços recentes em pesquisas elevaram com sucesso a eficiência das células tandem de silício-perovskita para além de 30%. O ritmo do progresso é tão rápido que essa tecnologia logo demonstrará seus recursos aprimorados em produtos disponíveis comercialmente.
Stefaan De Wolf, professor de ciência e engenharia de materiais na Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah, na Arábia Saudita, acredita que 2023 trará avanços significativos. A equipe de De Wolf já alcançou um nível de eficiência de 33,7% em uma célula solar de perovskita de silício, mas seu trabalho ainda precisa ser publicado em revistas científicas.
Outro grupo, liderado por Steve Albrecht no Centro Helmholtz de Berlim para Materiais e Energia na Alemanha, publicou recentemente um estudo sobre uma célula tandem de silício-perovskita que pode atingir eficiências de conversão de energia de até 32,5%. Um terceiro grupo liderado por Xin Yu Chin no Instituto Federal de Tecnologia em Lausanne, Suíça, demonstrou um nível de eficiência de 31,25% com células em tandem com "potencial para alta eficiência e baixos custos de fabricação".
De acordo com De Wolf, ultrapassar o limite de 30% de energia instila confiança de que "PVs de alto desempenho e baixo custo podem ser trazidos para o mercado". A capacidade de energia solar atingiu 1,2 terawatts (TW) em 2022 e deve aumentar para pelo menos 75TW até 2050 para mitigar os cenários mais catastróficos decorrentes do aquecimento global e gases de efeito estufa.
A indústria comercial está trabalhando ativamente para melhorar a eficiência das células solares. O maior fabricante da China (LONGi) já atingiu uma eficiência de 33,5% no laboratório. A próxima etapa envolve a ampliação do tamanho de células tandem de silício-perovskita eficientes de condições experimentais (quadrados de 1 cm) para recursos de nível comercial (quadrados de 15 cm). De Wolf expressa confiança de que atingiremos esse objetivo mais cedo ou mais tarde.
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