Estudo e desenvolvimento de materiais fotoconversores dopados com íons terras raras para aplicações em células solares

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Muscelli, Wesley Cardoso
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Células solares; Conversão ascendente; Conversão descendente; Downconversion; Elementos terras raras; Metodologia sol-gel; Rare earths; Silicon solar cell; Sol-gel methodology; Upconversion
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-09102017-113337/

Os materiais fotovoltaicos de maior importância comercial ainda são aqueles constituídos por semicondutores inorgânicos. Nesse contexto, células solares de silício demonstram algumas vantagens como o baixo custo de fabricação, fácil passivação e texturização. No entanto, o maior inconveniente do emprego das células solares de silício está relacionado com as eficiências de conversão do espectro solar em eletricidade. A eficiência máxima teórica de dispositivos fotovoltaicos de junção simples é de apenas 30%. Uma das estratégias de aumento das baixas eficiências inerentes a essas células de silício consiste no ajuste do espectro solar ao band gap do material semicondutor. Nesse sentido, materiais que apresentam conversão ascendente ou conversão descendente de energia podem ser utilizados para tal finalidade. O processo de conversão ascendente envolve a conversão de dois ou mais fótons de menor energia em um fóton de maior energia por íons lantanídeos opticamente ativos, ao passo que o processo de conversão descendente consiste na conversão de um fóton de maior energia em dois fótons de menor energia. No presente trabalho foram estudados sistemas SiO2-Nb2O5, SiO2-Ta2O5 e SiO2-HfO2, com razão molar de Si/(Nb, Ta, Hf) de 70/30 e dopados com íons terras raras (Pr3+, Pr3+/Yb3+, Tm3+/Er3+/Yb3+, Tm3+/Yb3+ e Eu3+), na forma de xerogéis e guias de onda. Esses materiais foram sintetizados pela metodologia sol-gel. Buscou-se averiguar a influência da concentração de íons lantanídeos e também da temperatura de tratamento térmico nos processos de cristalização. Especificamente, avaliou-se o efeito da transferência de energia matriz-íon e íon-íon em função da concentração de dapantes e também como o teor de íons lantanídeos influencia os processos de conversão de fótons na região do UV/VIS para o infravermelho próximo e também do infravermelho próximo para a região do visível. Guias de onda desses sistemas ainda foram estudados em relação às suas propriedades ópticas, objetivando aplicações como concentradores solares luminescentes.