Utilização de nanomateriais para camada downconversion em células fotovoltaicas de Perovskita

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: MAIA JUNIOR, Ricardo Tadeu Lourenço
Orientador(a): ALVES JUNIOR, Severino
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pos Graduacao em Quimica
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Células solares de Perovskita
Nanopartículas
Conversão descendente
Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/67111
Resumo: Aprodução de eletricidade através da energia solar destaca-se como uma das fontes de energias renováveis commaisrápidocrescimentonosdiasatuais. Aprocuraglobalporenergia, associada ao aumento dos níveis de CO2 na atmosfera, realça a necessidade de desenvolver dispositivos capazesdegerareletricidadeapartirdefontesdeenergiarenováveis. Odesafioatualdautilização de células fotovoltaicas para a produção de eletricidade reside na eficiência dos processos de conversão de energia que ocorrem no dispositivo fotovoltaico. A conversão da energia luminosa em calor, ou termalização, é um processo que diminui a eficiência destes dispositivos fotovoltaicos, portanto, diversas pesquisas buscam alternativas para evitar este processo. Uma das maneiras de alcançar este objetivo é através do processo de conversão descendente de energia (downconversion) utilizando materiais luminescentes. Nanoestruturas de óxido de zinco (NPs de ZnO)podemserutilizadas com este objetivo, devido às suas propriedades ópticas favoráveis para obtenção da conversão descendente. As perovskitas orgânica-inorgânicas, tais comoaperovskita de iodeto de chumbo emetilamônio (CH3NH3PbI3), têm mostrado resultados promissores em termos de eficiência de conversão fotovoltaica. O presente trabalho teve como objetivo demonstrar o potencial de nanoestruturas de ZnO para promover um ganho óptico em dispositivos de perovskita, com a adição de nanopartículas no topo das células, e realizar modelamento elétrico, evidenciando o aumento da eficiência de conversão de energia em uma nova curva de tensão versus corrente do dispositivo. Os resultados obtidos demonstraram que as nanopartículas de ZnO (com aproximadamente 45 nm) depositadas sobre substratos de vidro ou ITO podem produzir com sucesso um processo de conversão descendente, levando a uma melhor absorção da luz solar pela camada ativa da célula fotovoltaica e, consequentemente, melhorando a eficiência fotovoltaica de uma célula de perovskita em 5.5%
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Odesafioatualdautilização de células fotovoltaicas para a produção de eletricidade reside na eficiência dos processos de conversão de energia que ocorrem no dispositivo fotovoltaico. A conversão da energia luminosa em calor, ou termalização, é um processo que diminui a eficiência destes dispositivos fotovoltaicos, portanto, diversas pesquisas buscam alternativas para evitar este processo. Uma das maneiras de alcançar este objetivo é através do processo de conversão descendente de energia (downconversion) utilizando materiais luminescentes. Nanoestruturas de óxido de zinco (NPs de ZnO)podemserutilizadas com este objetivo, devido às suas propriedades ópticas favoráveis para obtenção da conversão descendente. As perovskitas orgânica-inorgânicas, tais comoaperovskita de iodeto de chumbo emetilamônio (CH3NH3PbI3), têm mostrado resultados promissores em termos de eficiência de conversão fotovoltaica. O presente trabalho teve como objetivo demonstrar o potencial de nanoestruturas de ZnO para promover um ganho óptico em dispositivos de perovskita, com a adição de nanopartículas no topo das células, e realizar modelamento elétrico, evidenciando o aumento da eficiência de conversão de energia em uma nova curva de tensão versus corrente do dispositivo. Os resultados obtidos demonstraram que as nanopartículas de ZnO (com aproximadamente 45 nm) depositadas sobre substratos de vidro ou ITO podem produzir com sucesso um processo de conversão descendente, levando a uma melhor absorção da luz solar pela camada ativa da célula fotovoltaica e, consequentemente, melhorando a eficiência fotovoltaica de uma célula de perovskita em 5.5%The production of electricity through solar energy stands out as one of the fastest growing renewable energy sources today. The global demand for energy, coupled with rising CO2 levels in the atmosphere, highlights the need to develop devices capable of generating electricity from renewableenergysources. Thecurrentchallengeinusingphotovoltaiccellstoproduceelectricity lies in the efficiencyoftheenergyconversionprocessesthattakeplaceinthephotovoltaic device. The conversion of light energy into heat, or thermalization, is a process that decreases the efficiency of these photovoltaic devices, so several research projects are looking for alternatives to avoid this process. One of the ways to achieve this is through the process of down-conversion of energy (downconversion) using luminescent materials. Zinc oxide nanostructures (ZnO NPs) can be used for this purpose, due to their favorable optical properties for achieving down conversion. Organic-inorganic perovskites, such as lead iodide-methylammonium perovskite (CH3NH3PbI3), have shown promising results in terms of photovoltaic conversion efficiency. This work aimed to demonstrate the potential of ZnO nanostructures to promote an optical gain in perovskite devices, with the addition of nanoparticles on top of the cells, and to carry out electrical modeling, showing the increase in energy conversion efficiency in a newvoltageversus current curve of the device. The results obtained showed that ZnO nanoparticles (approximately 45 nminsize) deposited on glass or ITO substrates can successfully produce a down-conversion process, leading to better absorption of sunlight by the active layer of the photovoltaic cell and consequently improving the photovoltaic efficiency of a perovskite cell by 5.5%porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em QuimicaUFPEBrasilhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessCélulas solares de PerovskitaNanopartículasConversão descendenteUtilização de nanomateriais para camada downconversion em células fotovoltaicas de Perovskitainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALTESE Ricardo Tadeu Lourenco Maia Junior.pdfTESE Ricardo Tadeu Lourenco Maia Junior.pdfapplication/pdf10670771https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/67111/1/TESE%20Ricardo%20Tadeu%20Lourenco%20Maia%20Junior.pdfdfa388268b64f6ef8895085620c29888MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82362https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/67111/2/license.txt5e89a1613ddc8510c6576f4b23a78973MD52123456789/671112025-12-11 13:04:46.389oai:repositorio.ufpe.br:123456789/67111VGVybW8gZGUgRGVww7NzaXRvIExlZ2FsIGUgQXV0b3JpemHDp8OjbyBwYXJhIFB1YmxpY2l6YcOnw6NvIGRlIERvY3VtZW50b3Mgbm8gUmVwb3NpdMOzcmlvIERpZ2l0YWwgZGEgVUZQRQoKCkRlY2xhcm8gZXN0YXIgY2llbnRlIGRlIHF1ZSBlc3RlIFRlcm1vIGRlIERlcMOzc2l0byBMZWdhbCBlIEF1dG9yaXphw6fDo28gdGVtIG8gb2JqZXRpdm8gZGUgZGl2dWxnYcOnw6NvIGRvcyBkb2N1bWVudG9zIGRlcG9zaXRhZG9zIG5vIFJlcG9zaXTDs3JpbyBEaWdpdGFsIGRhIFVGUEUgZSBkZWNsYXJvIHF1ZToKCkkgLSBvcyBkYWRvcyBwcmVlbmNoaWRvcyBubyBmb3JtdWzDoXJpbyBkZSBkZXDDs3NpdG8gc8OjbyB2ZXJkYWRlaXJvcyBlIGF1dMOqbnRpY29zOwoKSUkgLSAgbyBjb250ZcO6ZG8gZGlzcG9uaWJpbGl6YWRvIMOpIGRlIHJlc3BvbnNhYmlsaWRhZGUgZGUgc3VhIGF1dG9yaWE7CgpJSUkgLSBvIGNvbnRlw7pkbyDDqSBvcmlnaW5hbCwgZSBzZSBvIHRyYWJhbGhvIGUvb3UgcGFsYXZyYXMgZGUgb3V0cmFzIHBlc3NvYXMgZm9yYW0gdXRpbGl6YWRvcywgZXN0YXMgZm9yYW0gZGV2aWRhbWVudGUgcmVjb25oZWNpZGFzOwoKSVYgLSBxdWFuZG8gdHJhdGFyLXNlIGRlIG9icmEgY29sZXRpdmEgKG1haXMgZGUgdW0gYXV0b3IpOiB0b2RvcyBvcyBhdXRvcmVzIGVzdMOjbyBjaWVudGVzIGRvIGRlcMOzc2l0byBlIGRlIGFjb3JkbyBjb20gZXN0ZSB0ZXJtbzsKClYgLSBxdWFuZG8gdHJhdGFyLXNlIGRlIFRyYWJhbGhvIGRlIENvbmNsdXPDo28gZGUgQ3Vyc28sIERpc3NlcnRhw6fDo28gb3UgVGVzZTogbyBhcnF1aXZvIGRlcG9zaXRhZG8gY29ycmVzcG9uZGUgw6AgdmVyc8OjbyBmaW5hbCBkbyB0cmFiYWxobzsKClZJIC0gcXVhbmRvIHRyYXRhci1zZSBkZSBUcmFiYWxobyBkZSBDb25jbHVzw6NvIGRlIEN1cnNvLCBEaXNzZXJ0YcOnw6NvIG91IFRlc2U6IGVzdG91IGNpZW50ZSBkZSBxdWUgYSBhbHRlcmHDp8OjbyBkYSBtb2RhbGlkYWRlIGRlIGFjZXNzbyBhbyBkb2N1bWVudG8gYXDDs3MgbyBkZXDDs3NpdG8gZSBhbnRlcyBkZSBmaW5kYXIgbyBwZXLDrW9kbyBkZSBlbWJhcmdvLCBxdWFuZG8gZm9yIGVzY29saGlkbyBhY2Vzc28gcmVzdHJpdG8sIHNlcsOhIHBlcm1pdGlkYSBtZWRpYW50ZSBzb2xpY2l0YcOnw6NvIGRvIChhKSBhdXRvciAoYSkgYW8gU2lzdGVtYSBJbnRlZ3JhZG8gZGUgQmlibGlvdGVjYXMgZGEgVUZQRSAoU0lCL1VGUEUpLgoKIApQYXJhIHRyYWJhbGhvcyBlbSBBY2Vzc28gQWJlcnRvOgoKTmEgcXVhbGlkYWRlIGRlIHRpdHVsYXIgZG9zIGRpcmVpdG9zIGF1dG9yYWlzIGRlIGF1dG9yIHF1ZSByZWNhZW0gc29icmUgZXN0ZSBkb2N1bWVudG8sIGZ1bmRhbWVudGFkbyBuYSBMZWkgZGUgRGlyZWl0byBBdXRvcmFsIG5vIDkuNjEwLCBkZSAxOSBkZSBmZXZlcmVpcm8gZGUgMTk5OCwgYXJ0LiAyOSwgaW5jaXNvIElJSSwgYXV0b3Jpem8gYSBVbml2ZXJzaWRhZGUgRmVkZXJhbCBkZSBQZXJuYW1idWNvIGEgZGlzcG9uaWJpbGl6YXIgZ3JhdHVpdGFtZW50ZSwgc2VtIHJlc3NhcmNpbWVudG8gZG9zIGRpcmVpdG9zIGF1dG9yYWlzLCBwYXJhIGZpbnMgZGUgbGVpdHVyYSwgaW1wcmVzc8OjbyBlL291IGRvd25sb2FkIChhcXVpc2nDp8OjbykgYXRyYXbDqXMgZG8gc2l0ZSBkbyBSZXBvc2l0w7NyaW8gRGlnaXRhbCBkYSBVRlBFIG5vIGVuZGVyZcOnbyBodHRwOi8vd3d3LnJlcG9zaXRvcmlvLnVmcGUuYnIsIGEgcGFydGlyIGRhIGRhdGEgZGUgZGVww7NzaXRvLgoKIApQYXJhIHRyYWJhbGhvcyBlbSBBY2Vzc28gUmVzdHJpdG86CgpOYSBxdWFsaWRhZGUgZGUgdGl0dWxhciBkb3MgZGlyZWl0b3MgYXV0b3JhaXMgZGUgYXV0b3IgcXVlIHJlY2FlbSBzb2JyZSBlc3RlIGRvY3VtZW50bywgZnVuZGFtZW50YWRvIG5hIExlaSBkZSBEaXJlaXRvIEF1dG9yYWwgbm8gOS42MTAgZGUgMTkgZGUgZmV2ZXJlaXJvIGRlIDE5OTgsIGFydC4gMjksIGluY2lzbyBJSUksIGF1dG9yaXpvIGEgVW5pdmVyc2lkYWRlIEZlZGVyYWwgZGUgUGVybmFtYnVjbyBhIGRpc3BvbmliaWxpemFyIGdyYXR1aXRhbWVudGUsIHNlbSByZXNzYXJjaW1lbnRvIGRvcyBkaXJlaXRvcyBhdXRvcmFpcywgcGFyYSBmaW5zIGRlIGxlaXR1cmEsIGltcHJlc3PDo28gZS9vdSBkb3dubG9hZCAoYXF1aXNpw6fDo28pIGF0cmF2w6lzIGRvIHNpdGUgZG8gUmVwb3NpdMOzcmlvIERpZ2l0YWwgZGEgVUZQRSBubyBlbmRlcmXDp28gaHR0cDovL3d3dy5yZXBvc2l0b3Jpby51ZnBlLmJyLCBxdWFuZG8gZmluZGFyIG8gcGVyw61vZG8gZGUgZW1iYXJnbyBjb25kaXplbnRlIGFvIHRpcG8gZGUgZG9jdW1lbnRvLCBjb25mb3JtZSBpbmRpY2FkbyBubyBjYW1wbyBEYXRhIGRlIEVtYmFyZ28uCg==Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpe.br/oai/requestattena@ufpe.bropendoar:22212025-12-11T16:04:46Repositório Institucional da UFPE - Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)false
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