A investigação e desenvolvimento de novas tecnologias fotovoltaicas de película fina alcançou progressos importantes. A equipa do investigador Meng Qingbo do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências preparou com sucesso módulos fotovoltaicos de película fina de sulfeto de seleneto de cobre-zinco-estanho em grande área, com uma eficiência de conversão fotoelétrica de 13,0%, batendo o recorde mundial de eficiência para este tipo de módulo e estabelecendo uma base sólida para a industrialização da próxima geração de células solares de baixo custo e ecológicas. Os resultados da investigação foram publicados online na revista académica internacional Nature·Materials.
O sulfeto de seleneto de cobre-zinco-estanho é um novo material fotovoltaico de película fina, composto por elementos como cobre, zinco e estanho, que são abundantes na Terra, de baixo custo e ecológicos, sendo considerado uma direção importante para a próxima geração de células solares sustentáveis. Nos últimos anos, a equipa de Meng Qingbo bateu o recorde mundial de eficiência deste tipo de célula por 10 vezes. No entanto, para levar esta "estrela de laboratório" à aplicação prática, um desafio crucial se apresenta: quando o tamanho do dispositivo é ampliado, a uniformidade da película fina diminui drasticamente e a eficiência também "encolhe".
"O problema está no processo de solução", explicou Meng Qingbo. Nos métodos tradicionais, os iões metálicos e as moléculas orgânicas formam uma rede de reticulação complexa, o que leva a uma evaporação do solvente, distribuição de elementos e processo de cristalização não uniformes, como quando se amassa farinha com demasiados grumos, resultando numa "massa" de película com espessura irregular. Para isso, começaram pela escala molecular, introduzindo formamida como "coordenador" para regular com precisão a estrutura de coordenação entre iões metálicos e moléculas orgânicas, conseguindo quebrar com sucesso esta "desordem" de reticulação.
Com base nesta estratégia de regulação da coordenação molecular, a equipa desenvolveu um processo de revestimento por solução adequado para produção contínua em grande área, obtendo uma película fina de sulfeto de seleneto de cobre-zinco-estanho altamente uniforme num substrato de 10 centímetros quadrados. Com esta película, foi feita uma célula de pequena área de 1 centímetro quadrado, com eficiência certificada de 14,2%; e através de gravação a laser, foi feito um módulo com 6 subcélulas em série, com área total de 10,5 centímetros quadrados, mantendo uma eficiência certificada de 13,0%.
"Isto prova plenamente que a tecnologia de película fina de sulfeto de seleneto de cobre-zinco-estanho não só funciona bem em pequenas áreas de laboratório, mas também tem potencial para produção em escala e industrialização", afirmou Meng Qingbo. Este estudo oferece uma nova abordagem para a fabricação em larga escala de módulos fotovoltaicos de película fina de baixo custo e ecológicos.