Tecnologia fotovoltaica: estágio atual e perspectivas

Nova geração de célula capaz de aproveitar melhor o espectro solar é foco de pesquisas 

Simulador solar para teste de módulos fotovoltaicos

FOTO: Philippe Stroppa/Certisolis (Le Journal du Photovoltaïque N^o 8, Novembro de 2012)

As tecnologias fotovoltaicas mais importantes em escala industrial são as de silício poli e monocristalino e as de silício amorfo. Estas últimas são também usadas em células de filme fino, assim como os compostos telureto de cádmio (CdTe), cobre-índio-selênio (CIS) e arseneto de gálio (GaAs). 

Com matéria prima mais barata, fabricação mais simples e potencial para atingir rendimentos superiores àqueles obtidos com tecnologia de silício cristalino, as células em filme fino de silício amorfo prometiam se impor no mercado.

Mas a tecnologia pouco avançou nos últimos 20 anos e somente alguns tipos específicos e ainda não comerciais apresentam rendimentos superiores aos das células de silício cristalino. 

O rendimento (razão entre a energia elétrica produzida e a radiação solar recebida) atual de células em filme fino de silício amorfo é de 6 a 7%, ante 11-13% da célula convencional de silício policristalino. Módulos fotovoltaicos produzidos a partir de silício amorfo, CdTe e CIS respondem por apenas 10% do mercado mundial. 

Já o desenvolvimento de células em filme fino à base de CdTe avançou muito nos últimos 8 anos: o custo de fabricação caiu de 3 para 0,7 dólares entre 2004 e 2011; no ano passado o laboratório americano NREL registrou um rendimento recorde de 14,4%. No entanto, o avanço dessa tecnologia pode ser comprometido devido à toxidade do cádmio (Cd). 

Uma nova tecnologia, que utiliza a superposição de camadas de silício cristalino e silício amorfo, está em desenvolvimento pré-industrial na França e já apresenta células com rendimento superior a 20%. 

Arena de Montpellier, França, coberta por 19 mil m² de módulos fotovoltaicos com células em filme fino à base de silício amorfo, totalizando 428,2 kWp. FOTO: Laurent Vilarem/O’Suchrue - Architecte/A+ Archicteture (Le Journal du Photovoltaïque N^o 8, Novembro de 2012)

Outra tecnologia promissora é o uso combinado de CIS e do CIGS (composto CIS com um elemento adicional, o gálio), aliando as qualidades de cada um desses materiais. O CIS apresenta boa estabilidade à radiação solar e excelentes propriedades de absorção, enquanto que o CIGS (pela presença da liga índio-gálio) permite obter maiores rendimentos. 

Nos últimos dez anos, células à base de CIS/CIGS produzidas industrialmente aumentaram seu rendimento de 5% para 14,6%; em laboratório, já se equivalem em eficiência às células de silício monocristalino, com valores acima de 20%. Módulos fotovoltaicos de CIS/CIGS com rendimento entre 17 e 18% devem estar no mercado ainda este ano. 

A pesquisa e o desenvolvimento há muito extrapolaram o elemento silício na busca de células fotovoltaicas com maiores rendimentos. Há três décadas os cientistas exploram outros elementos da Tabela Periódica, em forma de materiais compostos. São ligas de germânio, carbono, arsênio, gálio e índio, entre outros. 

“Uma paleta de possibilidades se abre de forma espetacular com uma família completa de materiais que reagem à radiação ultravioleta e ao infravermelho”, diz Daniel Lincot, diretor do Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento de Energia Fotovoltaica da França. 

Ao captar uma banda mais larga do espectro luminoso, o rendimento da célula fotovoltaica aumenta consideravelmente. Uma nova geração de células baseadas neste princípio começa a despontar nos laboratórios de pesquisa. 

São as chamadas “células multijunção”, cujas camadas liberam elétrons em faixas específicas e complementares de “comprimento de onda”, aproveitando o máximo do espectro solar e abrindo caminho para se alcançar rendimentos extraordinários. A previsão mais otimista é que o valor pode chegar a 80%.

Enquanto este futuro brilhante não chega, em todo o mundo a pesquisa na área fotovoltaica concentra esforços na busca de produtos mais baratos e que ofereçam benefícios maiores e mais duradouros. A bola da vez é ainda a tecnologia CIS/CIGS. 

Fonte: Le Journal du Photovoltaïque, hors-série N^o 8, Novembro de 2012