Camadas luminescentes poliméricas modificadas por complexos de iões lantanídeos para conversão fotovoltaica

Abstract

Foram preparadas camadas luminescentes baseadas em polimetil-metacrilato (PMMA) modificadas pela adição de centros emissores baseados em complexos de iões lantanídeos capazes de absorver radiação solar na região espetral do ultravioleta e reemiti-la com um comprimento de onda específico na região espetral do visível e infravermelho. As camadas luminescentes foram depositadas na superfície das células fotovoltaicas baseadas em Si monocristalino com o objetivo de melhorar o seu desempenho, nomeadamente, a diminuição da radiação refletida e o aumento da eficiência quântica externa (EQE). As camadas luminescentes utilizadas neste trabalho são compostas por diferentes complexos de iões lantanídeos (Eu3+, Tb3+, Nd3+ e Yb3+), com o ligante 2-tenoiltrifluoroacetonato (TTA), incorporados numa matriz de PMMA. As camadas luminescentes foram estudadas por espetroscopia de absorção e fotoluminescência. Foi, também, realizada a caracterização ótica e elétrica de células fotovoltaicas na ausência e na presença das camadas luminescentes, nomeadamente, espetroscopia de reflectância, curvas V-I e EQE. Concluiu-se que para as células revestidas com camadas baseadas em Eu3+ se registou um aumento relativo de EQE de 137 % e 72 % na região espetral compreendida entre 300 e 360 nm. No caso das camadas luminescentes baseadas em Tb3+, registou-se um aumento relativo de 36 % na região espetral entre 325 e 340 nm. A deposição de camadas baseadas em Nd3+ revelou uma diminuição de reflectância total em toda a região espetral. Acresce que, no caso das células revestidas com Yb3+, revelou-se um aumento relativo de 0,2 % no valor da potência máxima gerada pela célula.

The luminescent layers prepared in this work are based on polymethyl-methacrylate (PMMA) and modified by the addition of active emission centers based on lanthanide ion complexes, capable of absorb the incident solar radiation in the ultraviolet spectral region and reemit it with a specific wavelength in the visible and infrared spectral region. The luminescent layers have been deposited in the top surface of the monocrystalline silicon photovoltaic cells with the goal to improve its performance, namely, the reduction of radiation reflection and the enhance in the external quantum efficiency (EQE). The prepared luminescent layers contain different lanthanide ion complexes, one complex per each cell, namely, Eu3+, Tb3+, Nd3+ and Yb3+, with the 2-thenoyltrifluoroacetone (TTA) ligand and incapsulated in a polymeric matrix of PMMA. The luminescent layers were studied by absorption and photoluminescence spectroscopy. Also, there have been done optical and electrical characterization of the photovoltaic cells in the absence and presence of luminescent layers, namely, reflectance spectroscopy, V-I curves and EQE. It was concluded that the cells coated with Eu3+ showed a relative improvement of the EQE in the 300-360 nm region by 137 % and 72 %. In the case of luminescent layers coated with Tb3+, there have been an enhancement of 36 % in the spectral region between 325 and 340 nm. The deposition of layers with Nd3+ showed a reduction of total reflection in the region 300-800 nm. Furthermore, in the case of solar cells coated with Yb3+, it showed an improvement of 0,2 % in the maximum power of the cell.