Produção de lamínulas de vidro com morfologia superficial modificada para coleta eficiente de energia em células fotovoltaicas do tipo MOS

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Louzada, Gabriel Oliveira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Células solares; Energia solar; Glass coverslips; Lamidas de vidro; Morfologia superficial; PVD; Surface morphology; Surface treatment
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-17122025-083833/

Neste trabalho, foram realizados tratamentos químicos superficiais em lamínulas de vidro para controle da morfologia superficial a fim de melhorar as características de captação de luz e com isso aumentar a eficiência de colheita de energia (Energy Harvesting) quando as mesmas são empregadas como coberturas de células solares MOS. Simulações analíticas e numéricas da reflectância de lamínulas de vidro com diferentes espessuras de camada superficial rugosa foram realizadas para estabelecer as condições de uso delas como placas intensificadoras de baixa reflectância para coleta de energia em células solares internas. Simulações de reflectância em função do comprimento de onda foram obtidas para lamínulas de vidro modificadas na superfície sobre silício (ar/condicionamento superficial/vidro/silício) com base nos índices de refração das três regiões sobre silício com coeficientes de extinção desprezíveis e, para silício, com um valor muito baixo (k = 0,019). A morfologia superficial das lamínulas tratadas foi caracterizada através das técnicas Espectrometria de Retroespalhamento de Rutherford (RBS) para obter a composição (~SiO3Ca0,2) e a espessura média (~1,4 m), microscopia óptica para caracterizar a micro-rugosidade (0,46 ± 0,12 m) e o método do ângulo de Brewster para obter o índice de refração (1,1-1,5). Para modelar a camada rugosa, um índice de refração intermediário entre ar e vidro (n = 1,25) foi escolhido associado a espessuras estimadas da mesma ordem do valor médio quadrático da rugosidade na faixa de 50 a 300 nm. A espessura das lamínulas de vidro foi variada na faixa de 45 m a 160 m utilizando um índice de refração típico de 1,50. Como resultado, descobriu-se que, para aplicações de coleta de energia em ambientes internos, as lamínulas de vidro aumentam a eficiência de conversão de energia luminosa em energia elétrica para células solares as quais possuem refletância de superfície maior do que a das lamínulas de vidro. Os melhores resultados de lamínulas de vidro como placas intensificadoras foram obtidos para a menor refletância média de superfície na faixa de comprimento de onda de 300 a 1100 nm. A simulação numérica unidimensional usando o COMSOL resultou muito próxima da modelagem analítica da estrutura ar/condicionamento superfície/vidro/silício. Curvas de densidade de corrente x tensão (JxV), utilizando iluminação de luz halógena de 11,7 mW/cm2 a 25ºC na superfície das amostras, foram levantadas para diferentes espessuras das lamínulas de vidro processadas e os principais parâmetros elétricos fotovoltaicos foram extraídos. Como resultado, um aumento significativo da eficiência de conversão de energia interna foi obtido para a espessura da lamínula de vidro de 96,8 m em comparação com aquelas sem nenhum tratamento de superfície (~130 m de espessura), ou seja, 5,15% contra 3,06%, respectivamente, o que foi explicado por uma diminuição da refletância da superfície das lamínulas de vidro.