Caracterização de células solares fotovoltaicas de silício cobertas com vidros dopados com íons de terras raras.

Resumo

O uso de fontes de energia renováveis é uma alternativa para mitigar as demandas de energia de forma sustentável. A energia solar é uma fonte amplamente explorada através do efeito fotovoltaico e constitui uma parcela importante da matriz energética brasileira (MME/EPE, 2020). Embora a energia solar tenha muitas vantagens, tais como o baixo custo e a fácil instalação, ainda existem desafios que devem ser pesquisados para que possam otimizar a geração de energia, tais como a eficiência, degradação etc. Atualmente a eficiência das células solares fotovoltaicas, a qual é definida como o percentual da energia que é convertida em energia elétrica a partir da luz absorvida, é da ordem de 20%. Isto posto, existe uma corrida para aumentar essa eficiência de conversão energética (National Renewable Energy Laboratory, 2022). Algumas alternativas que podem ser exploradas para aumentar a eficiência das células, baseiam-se no uso de novos materiais que apresentem mecanismos de fotoconversão melhores que os já existentes. Como também na modificação do espectro da radiação incidente na célula, de tal forma que a mesma possa aproveitar da melhor forma a radiação e evitar perdas por transmissão e termalização. A modificação do espectro incidente pode ser realizada através de materiais fotônicos usando, por exemplo, os processos de conversão ascendente/descendente de frequências (up/down conversion). Uma família de materiais explorada na literatura para tais fins, são os vidros dopados com terras raras, os quais apresentam propriedades luminescentes dependentes dos estados energéticos das terras raras. Estes vidros, quando colocados sobre as células fotovoltaicas, podem explorar o efeito de downconversion, modificando a energia dos fótons UV da radiação solar incidente para energias próximas da ‘banda proibida’ (bandgap) da célula fotovoltaica, e desta forma diminuir o efeito de termalização (GUNJI, R. M. et al, 2020, p.117497 e MATTOS, G. R. S. et al, 2021, p. 118271). Os objetivos fundamentam-se em estudar a eficiência das células solares cobertas com vidros dopados de terras raras.