ESTUDO DA FOTODEGRADAÇÃO EM MÓDULOS SOLARES ORGÂNICOS (OPV) NAS CONDIÇÕES CLIMÁTICAS DO BRASIL

Autores

  • Lucas Phillip Zólio Gonzaga de Moraes GREEN Solar – IPUC, Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
  • Antonia Sônia Alves Cardoso Diniz GREEN Solar – IPUC, Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
  • Lawrence Lee Kazmerski Renewable and Sustainable Energy Institute (RASEI), University of Colorado Boulder, Boulder, Colorado USA
  • Gabriela de Amorim Soares ONINN Centro de Inovações

DOI:

https://doi.org/10.59627/cbens.2024.2398

Palavras-chave:

Energia Solar, Fotodegradação, Módulo Fotovoltaico Orgânico (OPV)

Resumo

Atualmente as tecnologias da energia solar fotovoltaica são técnica e economicamente viáveis para a geração de energia elétrica. Dentre as tecnologias emergentes, os módulos com células solares orgânicas (OPV) vêm apresentando aumento na eficiência, atualmente excedendo 19% em laboratórios. As vantagens do processo incluembaixo custo, flexibilidade, rápida fabricação em rolo a rolo, uso de materiais abundantes. No entanto, a perda de energia durante a operação devido fotodegradação é um problema complexo e ainda não é completamente compreendido. O objetivo dessa pesquisa é investigar a fotodegradação e os mecanismos de perdas associados em dispositivos OPV nas condições tropicais no Brasil, correlacionando as características elétricas e óticas dos módulos OPV com as mudanças nas propriedades químicas e estruturais sob a exposição à radiação solar durante sua operação. Os parâmetros elétricos dos dispositivos foram monitorados ao longo do tempo do tempo de exposição em bancada de teste externo e medidos no simulador solar. As propriedades físicas e químicas/composicionais dos materiais foram analisados usando testes destrutivos com microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). A análise identificou a quebra de ligações dentro da camada ativa, indicando uma alteração na estrutura orgânica da camada e consequentemente na potência de saídado módulo associadas à combinação de temperaturas e irradiância solar elevadas durante a operação em função do tempo de exposição.

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Referências

A. Al-Ahmad, B. Vaughan, J. Holdsworth, W. Belcher, X. Zhou, P. Dastoor, The role of the electron transport layer in the degradation of organic photovoltaic cells, Coatings, vol. 12, no. 8, (2022). Doi: 10.3390/coatings12081071

A. Alkhazaili, M.M. Hamasha, G. Choi, S. Lu, C. R. Westgate, Reliability of thin films: Experimental study on mechanical and thermal behavior of indium tin oxide and poly(3,4-ethylenedioxythiophene), Microelectronics Reliability, vol. 55, no. 3–4, pp. 538–546, (2015). doi: 10.1016/j.microrel.2015.01.013

A.J. Heeger, A.G. aciarmid, ransport, magnetic and structural studies of polyacetylene. olecular rystals and Li uid rystals 77, 48 . https://doi.org/10.1080/00268948108075226

A.S.R. Bati, Y.L.Zhong, P.L. Burn, M.K. Nazeeruddin, P.E. Shaw, M. Batmunkh, Next-generation applications for integrated perovskite solar cells. Communications Materials 4, 2 (2023). https://doi.org/10.1038/s43246-022-00325-4

B.H.S. Miranda, L. Q. Corrêa, G. A. Soares, J. L. Martins, P. L. Lopes, M. L. Vilela, J. F. Rodrigues, T. G. Cunha, R. Q. Vilaça, S. Castro-Hermosa, L. Wouk, D. Bagnis. Efficient fully roll-to-roll coated encapsulated organic solar module for indoor applications, Solar Energy, vol. 220, pp 343-353 (2021). doi.org/10.1016/j.solener.2021.03.025.

B.R. Weinberger, M. Akhtar, S.C. Gau, Polyacetylene photovoltaic devices, Synthetic Metals 4, 187-197 (1982). https://doi.org/10.1016/0379-6779(82)90012-1

C. Deibel, V. Dyakonov. Polymer-fullerene bulk heterojunction solar cells, Reports on Progress in Physics, vol. 73, no. 9, (2010). Doi: 10.1088/0034-4885/73/9/096401

C.L. Braun, Electric field assisted dissociation of charge transfer states as a mechanism of photocarrier production, J Chem Phys, vol. 80, no. 9, pp. 4157–4161 (1984). Doi: 10.1063/1.447243

E.K. Solak, E. Irmak, Advances in organic photovoltaic cells: a comprehensive review of materials, technologies, and performance. RSC Advances 13, 12244-12269 (2023). Doi: 10.1039/d3ra01454a

F.L. Araújo. Estudo das propriedades de transporte e recombinação de cargas em células solares orgânicas: efeitos de aditivo e de degradação, Tese, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2018.

G.Z. Zhang, F.R. Lin, F. Qi, T. Heumuller, et al. Renewed prospects for organic photovoltaics. Chemical Reviews 122, 14180-14274 (2022). https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00955

IEA, World Energy Outlook 2022, IEA Paris, License: CC BY 4.0 (report); CC BY NC SA 4.0 (Annex A), 2022. https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2022

International Electrotechnical Commission. IEC 60904-9 Photovoltaic Devices, 2022. https://webstore.iec.ch/publication/28973

IRENA, Renewable Capacity Statistics 2023, International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi, UAE, 2023. www.irena.org

J. Guo, H. Ohkita, H. Benten, S. Ito, Charge generation and recombination dynamics in poly(3-hexylthiophene)/fullerene blend films with different regioregularities and morphologies, J. Am. Chem. Soc. vol. 132, no. 17, pp. 6154–6164 (2010). Doi: 10.1021/ja100302p

K. Leo, Organic photovoltaics. Nat Rev Mater 1, 16056 (2016).

M. Gostein, L. Dunn, Light soaking effects on PV modules: Overview and literature review. Proc. NREL PV Module Reliability Workshop, 2011. https://www1.eere.energy.gov/solar//pdfs/pvmrw2011_p25_tf_dunn.pdf

NATIONS, Energy Transition UN Report-Towards the achievement of SDG 7 Net-zero emissions, pp. 157–166, 2018,

NREL. Best research-cell efficiency chart, August 2023. https://www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/best-research-cell-efficiencies.pdf

Office of the Historian, US Department of State, Oil Embargo 1973-1974. https://history.state.gov/milestones/1969-1976/oil-embargo

ONINN. Organic Solar Cell, 2022. https://sunew.com.br/opv/ (accessed Jun. 29, 2023).

P. Mints, PV Market Report, The Solar Flare, Issue 2, SF-22023, SPV Market Research, April 30, 2023; See also, SPV Market Research, Photovoltaics Manufacturer Capacity, Shipments, & Revenues 2022/2023, SPV-Suppl 11, April 2023, https://www.spvmarketresearch.com/services.html

P.G.V. Sampaio, M.O.A. González, A review on organic photovoltaic cell, International Journal of Energy Research, 46,17813-17828 (2022). https://doi.org/10.1002/er.8456

P.W.M. Blom, V. D. Mihailetchi, L. J. A. Koster, D. E. Markov, Device physics of polymer: Fullerene bulk heterojunction solar cells, Advanced Materials, vol. 19, no. 12, pp. 1551–1566 (2007). doi: 10.1002/adma.200601093

REN21, Renewables 2023 Global Status Report: Demand Module Report, REN21 Secretariat, UN Environment Programme, Paris, France, 2023. https://www.ren21.net/wp-content/uploads/2019/05/GSR2023_Demand_Modules.pdf; And, Renewables 2023 Global Status Report: Supply Module Report. REN21 Secretariat, UN Environment Programme, Paris, France; 2023 https://www.ren21.net/wp-content/uploads/2019/05/GSR-2023_Energy-Supply-Module.pdf

S.N. Chen, A.J. Heeger, Z.Kiss, A.G MacDiarmid, S.C. Gau, D.L. Peebles. Polyacetylene, (CH)x: Photoelectrochemical solar cell. Applied Physic Letters 36, 96-98 (1980). https: doi.org . .88

V.D. Mihailetchi, L. J. A. Koster, J. C. Hummelen, P. W. M. Blom, Photocurrent generation in polymer-fullerene bulk heterojunctions, Phys Rev Lett, vol. 93, no. 21 (2004), doi: 10.1103/PhysRevLett.93.216601

Y. Tamai, H. Ohkita, H. Benten, S. Ito, Exciton diffusion in conjugated polymers: From fundamental understanding to improvement in photovoltaic conversion efficiency, Journal of Physical Chemistry Letters, vol. 6, no. 17, pp. 3417–3428 (2015). doi: 10.1021/acs.jpclett.5b01147

Z. Jiang, S. Soltanian, B. Gholamkhass, A. Aljaafari, P.Servati, Light-soaking free organic photovoltaic devices with sol-gel deposited ZnO and AZO electron transport. RSC Advances (2018). https://doi.org/10.1039/C8RA07071G

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Publicado

2024-09-20

Como Citar

Moraes, L. P. Z. G. de, Diniz, A. S. A. C., Kazmerski, L. L., & Soares, G. de A. (2024). ESTUDO DA FOTODEGRADAÇÃO EM MÓDULOS SOLARES ORGÂNICOS (OPV) NAS CONDIÇÕES CLIMÁTICAS DO BRASIL. Anais Congresso Brasileiro De Energia Solar - CBENS. https://doi.org/10.59627/cbens.2024.2398

Edição

Seção

Anais