Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pabna, em Bangladesh, desenvolveram uma nova arquitetura para células solares de filme fino baseadas em óxido de bismuto de cobre (CuBi2O4).
CuBi2O4 é um semicondutor abundante, barato e inofensivo do Tipo P que foi recentemente identificado como um fotocátodo com uma estrutura de heterojunção porosa bidimensional. “Os filmes finos de CuBi2O4 podem ser fabricados com base no processo de solução usando uma técnica de revestimento de spin simples e de baixo custo”, disse o coautor da pesquisa, Sheikh Rashel Al Ahmed, à pv magazine. “Esse material também tem várias vantagens, como bandgap adequado, toxicidade mínima, estabilidade química, compostos orgânicos abundantes e processamento acessível.”
No artigo “Design and simulation of a highly efficient CuBi2O4 thin-film solar cell with hole transport layer“, publicado na Optics & Laser Technology, Al Ahmed e seu grupo usaram o software de capacitância de célula solar SCAPS-1D, desenvolvido pela Universidade de Ghent, para simular uma nova configuração de célula baseada em várias camadas de transporte de furo (HTLs). O mesmo grupo de pesquisa revelou em 2021 um projeto de heterojunção para CuBi2O4 que não considerava o uso de um HTL.
A nova célula desenvolvida pelos cientistas é baseada em um substrato de vidro revestido com molibdênio (Mo) e HTL feito de óxido de cobre (Cu2O), o absorvedor de CuBi2O4, uma camada tampão de sulfeto de cádmio (CdS), uma camada de óxido de estanho dopado com flúor (FTO) e um contato metálico de alumínio (Al). Os acadêmicos inseriram o HTL na parte traseira do absorvedor.
“A inclusão de HTL pode melhorar a coleta do transportador pelos eletrodos”, afirmaram os pesquisadores. “Além disso, os buracos entram na camada de contato à medida que os elétrons são efetivamente devolvidos à área de carga espacial do Tipo N. Como resultado, na área do Tipo P, a perda de recombinação de portadores minoritários diminui”.
O grupo realizou uma análise computacional para avaliar o efeito dos defeitos do absorvedor no desempenho celular.
A célula simulada obteve uma eficiência de conversão de energia de 29,2%, uma tensão de circuito aberto de 1,02 V, uma densidade de corrente de curto-circuito de 32,49 mA/cm2 e um fator de preenchimento de 87,91%.
“A adição de HTL foi eficaz em diminuir a espessura do absorvedor na célula solar com desempenhos fotovoltaicos significativos, minimizando a perda de recombinação do transportador na superfície traseira”, disse Al Ahmed. “Assim, a camada absorvedora mais fina nas células solares permite reduzir as quantidades necessárias de matéria-prima e, portanto, reduz o custo total de fabricação do TFSC CuBi2O4 mais fino com a introdução do Cu2O HTL.”
“Todo o processo de avaliação com a abordagem atual dará evidências importantes da complexidade do projeto nas células solares para os cientistas, consequentemente diminuindo consideravelmente o custo, o tempo e a dificuldade de fabricação”, concluiu.
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