ANÁLISE ÓPTICA DA IMPLEMENTAÇÃO DE CONVERSORES FOTÔNICOS E PONTOS QUÂNTICOS EM CÉLULAS SOLARES BIFACIAIS DE SILÍCIO
DOI:
https://doi.org/10.59627/cbens.2014.2157Palavras-chave:
Células solares, Conversores fotônicos à maiores energias, Pontos quânticos, Bifacial, SilícioResumo
Um melhor aproveitamento da radiação solar em células solares bifaciais de silício pode se dar através do uso de conversores fotônicos à maiores energias e pontos quânticos. As células solares são dispositivos que necessitam sofisticados processos de fabricação para elevar sua eficiência, e neste desenvolvimento deve ser considerado o custo do mesmo. Sabe-se que há muitas perdas neste dispositivo, principalmente por transmissão e reflexão, o que compromete conseqüentemente a eficiência. Por tanto, o objetivo deste trabalho é realizar uma analise das propriedades ópticas dos conversores fotônicos à maiores energias e dos pontos quânticos quando implementados em um silicone em gel para posterior incorporação nas células solares de silício, com a finalidade de viabilizar esta integração no processo de encapsulamento das células solares industriais e conseguir um incremento na eficiência das mesmas. Para tanto, foram produzidas dezessete amostras com silicone como base e variaram-se as quantidades de conversores fotônicos à maiores energias e de pontos quânticos para encontrar a combinação que resulta nas menores perdas. Identificou-se reduções superiores a 90 % para a transmitância, o que confirma que a radiação está sendo absorvida pelo sistema formado, possibilitando fortemente a realização do fenômeno de conversão fotônica. Os resultados obtidos revelam-se como inte ressantes e prometedores para este método de in tegração, poi s podem ser incorporados facilmente na indústria fotovoltaica, já que não é acrescido nenhum passo extra na sua fabricação e a eficiência das células solares será aumentada.
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Referências
A. C. Pan. Processo de Fabricação de Células Solares Bifaciais por Processos Térm icos Rápidos, Dissertação de Mestrado, PGETEMA, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2004.
A. C. Pan, C. Cañizo, A. Luque. Thin bifacial silicon solar cells, 22 nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Milão, Itália, 2007, pp. 1438-1441.
A. C. Pan. Convertidores Fotônicos para Células Solares Bifaciales de Silício, Tese de Doutorado, IES, Universidade Politécnica de Madri, Espanha, 2009.
A. C. Pan, C. Cañizo, E. Cánovas, N.M. Santos, J.P. Leitão, A. Luque. Enhancement of up-conversion efficiency by combining rare earth-doped phosphors with PbS quantum dots, Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 94, nº 11, 2010, pp. 1923-1926.
A. Franceschetti, A. Zunger. Direct pseudopotential calculation of exciton coulomb and exchange energies in semiconductor quantum dots, Physical Review Letters. Vol. 78, nº 5, 1997, pp. 915-918.
A. H. Kitai. Oxide phosphor and dielectric thin films for electroluminescent devices. Thin Solids Films, Vol. 445, 2003, pp. 367-376.
A. Luque, A. Martí. Increasing the Effici ency of ideal solar cells by photon induced transitions at intermediate levels, Physical Review Letters, Vol. 78, nº 26, 1997, pp. 5014-5017.
A. Luque. Third Generation Photovoltaics and Multiple Band Photovoltaic Conversion, Photovoltaic Oplympic Vision Workshop, Austrália, 2000.
A. Martí, A. Luque. Next Generation Photovoltaics, Institute of Physics Publisihing Bristol and Philadelphia, 2004.
A. Moadhen, C. Bouzidi. H. Elhouichet, R. Chtourou, M. Oueslati. Concentration and temperature dependence of visible up-conversion luminescence in sol-gel SnO2 doped with erbium,. Optical Materials, Vol. 31, nº 8, 2009, pp. 1224-1227.
A. Moehlecke. Células Solares Eficientes e de Baixo Custo. Brasília: Prêmio Jovem Cientista e Prêmio Jovem Cientista do Futuro, 2002, pp.15-76.
A. Shalav, B. Richards, T. Trupke, R. P. Corkish, K. W. Krämer, H. U. Güdel, M. Green. The Application of Up-Converting Phosphors for Increased Solar Cell Conversion Efficiencies, 3rd Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Japan, Vol. 1, 2003, pp. 248-250.
A. Shalav, B. Richards, T. Trupke, K. W. Krämer, H. U. Güdel. Application of NaYF 4:Er 3+ up-converting phosphors for enhanced near-infrared silicon solar cell response, Applied Physics Letters. Vol. 86, 2005, pp. 13505/1-13505/3.
A. Shalav. Rare-earth doped up-converting phosphors for an enhanced silicon solar cell response, Tese Doutoral, University of New South Wales, Austrália, 2006.
Al. L. Efros, M. Rosen. Quantum size level structure of narrow-gap semiconductor nanocrystals: effect of band coupling, Physical Review B, Vol. 58, nº 11, 1998, pp. 7120-7135.
C. Strümpel, M. J. McCann, C. Del Cañizo, I. Tobías, P. Fath. 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Barcelona, Espanha, 2005, pp. 43-46.
C. Strümpel, M. J. McCann, G. Beaucame, A. Slaoui, C. Del Cañizo, I. Tobías, P. Fath. Enhancing Silicon Solar Cell Efficiency by Modifying the Solar Spectrum, Conference Record of the 2006 IEEE and 4 th World Conference, 2006, pp. 87-90.
C. Strümpel, M. McCann, G. Beaucarne, V. Arkhipov, A. Slaoui, V. Švrček, C. del Cañizo, I. Tobias. Modifying the solar spectrum to enhance silicon solar cell efficiency—An overview of available materials, Solar Energy Materials and Solar Cells., Vol. 91, nº 4, 2007, pp. 238-249.
D. Bimberg, M. Grundmann, N. N. Ledentsov. Quantum Dot Heterostructures, John Wiley & Sons, UK, 1999.
D. M. Chapin, C. S. Fuller, G. L. Pearson. A new silicon p-n junction photocell for converting solar radiation into electrical power, Journal of Applied Physics, Vol. 25, nº 5, 1954, pp. 676-678.
D. R. Gamelin, H. U. Güdel. Spectroscopy and Dynamics of Re4+ Near-IR-to-Visible Luminescence Upconversion, Inorganic Chemistre, Vol. 38, 1999, pp. 5154-5164.
F. Auzel. Materials and Devices Using Double-Pumped Phosphors wi th Energy. Transfer, Proceedings of the IEEE, Vol. 61, 1973, pp. 758-786.
G. J. Conibeer, A. S. Brown, T. Trupke, M. A. Green, A. Shalav. 19 th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. Paris, 2004, pp. 274-278.
H. Otsuka, M. Sakamoto, K. Tsutsui, Y. Yazawa. Bifacial silicon solar cells with 21,3 % front effi ciency and 19,8 % rear efficiency, Progress in Photovoltaics: Research and Applications, Vol. 8, 2000, pp. 385-390.
J. Coello, C. del Cañizo, A. Luque. Review on Bifacial Solar Cell Structures for Industrialization, 21th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. Dresden, 2006, pp. 1358-1361.
K. Bhandari. Thin film solar cells based on the heterojunction of colloidal PbS quantum dots with CdS, Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 117, 2013, pp. 476-482.
M. Green. Third Generation Photovoltaics: Advanced Solar Energe Conversion, Springer-Verlang Berlin Heidelberg, 2003.
M. Green, J. Zhao, A. Wang, S. R. Wenham. IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 46, nº 10, 1999, pp. 1940-1947.
N. Bloembergen. Solid state infrared quantum counters. Physical Review Letters. Vol. 2, 1959, pp.84-85.
P. Gibart, F. Auzel, J. C. Guillaume, K. Zahramn. 13 rd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Nice, 1995, pp.85-88.
P. Khagendra Bhandari, P. J. Roland, H. Mahabaduge, N. O. Haugen, C. R. Grice, S. Jeong, T. Dykstra, J. Gao, R. J. Ellingson. Thin film solar cells based on the heterojunction of colloidal PbS quantum dots with CdS, Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 117, 2013, pp. 476-482.
R. G. Little, M. J. Nowlan. Crystalline silicon photovoltaics: the hurdle for thin films, Progress in Photovoltaics: Research and Applications,Vol. 5, nº 5, 1997, pp. 309-315.
R. H. Page, K. I. Schaffers, P. A. Waide, J. B. Tassano, S. A. Payne, W. F. Krupke, W. K. Bischel. Upconversion-pumped luminescence efficiency of rare-earth-doped hosts sensitized with trivalent ytterbium, Journal Optical. Society of America. Vol. 15, 1998, pp. 996-1008.
R. R. King, D. C. Law, K. M. Edmondson, C. M. Fetzer, G. S. Kinsey, H. Yoon, R. A. Sherif, N. H. Karam. 40% efficient metamorphic GaInP/GaInAs/Ge multijunction solar cells. Applied Physics Letters, Vol. 90, 2007. pp. 183516/1-183516/3.
R. T. Ross, A. J. Nozik. Efficiency of hot-carrier solar energy converters, Journal of Applied Physics, Vol. 53, nº 5, 1982, pp. 3813-3815.
S. Fischer, J. C. Goldschmidt, P. Löper, S. Janz, M. Peters, S. W. Glunz, A. Kigel, E. Lifshitz, K. Krämer, D. Biner, G. H. bauer, R. Brüggemann. Material Character ization for Advanced Upconverter Systems, 23 rd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Valência, 2008, pp. 620-623.
T. J. Coutts. A review of progress in thermophotovoltaic generation of electricity, Renewable and Sustainable Energy Review. Vol. 3, nº 2-3, 1999, pp. 77-184.
T. Som, B. Karmakar. Efficient green and red fluorescence upconversion in erbium doped new low phonon antimony glasses, Optical Materials, Vol. 31, 2009, pp. 609-618.
T. Trupke, M. Green, P. Würfel. Improving solar cell efficiencies by down-conversion of high-energy photons, Journal Applied Physics, Vol. 92, nº 3, 2002, pp. 1668-1674.
T. Trupke, M. Green, P. Würfel. Improving solar cell efficiencies by up-conversion of sub-band-gap light, Journal Applied Physics, Vol. 92, nº 7, 2002, pp. 4117-4122.
W. P. Hirshman. Little smiles on long faces (cell production 2008: survey), Photon International, Vol. 3, 2009, pp. 170-206.
W. Shockley, H. Queisser. Detailed balance limit of efficiency of p-n junction solar cells, Journal of Applied Physics. Vol. 32, nº 3, 1961, pp. 510-519.
World Energy Outlook in Chap. 10: Energy and Development. 2004, pp. 329-354.
