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El trabajo de investigación presentado se centra en el uso combinado del grafeno, y sus derivados, con polímeros conductores para la síntesis de nuevos nanocompuestos con potencial aplicación en células orgánicas fotovoltaicas. Se sintetizó un derivado del óxido de grafeno, y con él se prepararon diferentes nanocompuestos de óxido de grafeno/polímero. Dichos nanocompuestos fueron caracterizados mediante diversas técnicas microscópicas y espectroscópicas, técnicas de caracterización de materiales (ensayos de tensión-deformación y resistencia eléctrica), así como análisis termogravimétrico, análisis elemental y pruebas de solubilidad. Se ha documentado el estado del arte de las tecnologías fotovoltaicas, haciendo especial énfasis en las tecnologías orgánicas que presentan nanomateriales de carbono en sus estructuras de células, bien como capa de célula o como aditivo a otro material. Se ha desarrollado un proceso de síntesis de un derivado del óxido de grafeno con diisocianato de hexametileno, obteniéndose un material con láminas de grafeno entrecruzadas (HDI-GO) que presenta diferente grado de funcionalización dependiendo de las condiciones de síntesis, lo cual también le permite diferente grado de anclaje con otros compuestos. Además, este nuevo material fue caracterizado mediante técnicas de espectroscopía y microscopía, se determinó una mejora en la estabilidad térmica respecto al material de partida, y se estudió su solubilidad/dispersabilidad en diferentes disolventes, siendo los disolventes apróticos polares la mejor opción para su dispersión. Se ha estudiado el uso del HDI-GO como nano-refuerzo en diferentes polímeros conductores: Poli(3,4-etilendioxitiofeno)-poli(estireno sulfonato) PEDOT:PSS, polipirrol carboxilado (PPy-COOH) y polianilina (PANI). En los casos estudiados, las mejoras en las diferentes propiedades (mecánicas, térmicas y eléctricas) que experimentaron los materiales se vieron debidas a la adición del HDI-GO, determinándose la influencia de los diferentes grados de funcionalización y composiciones en las propiedades finales de los materiales compuestos. Por último, se estudió la viabilidad de los materiales sintetizados para su uso en células orgánicas fotovoltaicas, empleando las técnicas de procesado y fabricación más extendidas en la literatura.

Esta pesquisa foi desenvolvida no Instituto de Física da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul. As medidas foram obtidas a partir de um sistema automatizado de coleta e monitoramento de dados para analisar o conjunto de módulos fotovoltaico, constituído por três painéis de 100 Wp conectados em paralelo. Os painéis foram instalados com suas faces voltadas para o norte geográfico e com um ângulo de inclinação de 33° (Latitude Local + 10°). O objetivo é a determinação da eficiência de um sistema fotovoltaico, efetuando medidas de grandezas elétricas e meteorológicas e, a partir desses valores, calcular o fator de forma e a potência máxima gerada. Com os valores calculados do fator de forma, constatou-se que o mesmo tem o seu valor influenciado pela irradiância no plano dos módulos fotovoltaicos e pela temperatura na célula fotovoltaica

[ES] La superpoblación prevista para los próximos años es uno de los mayores desafíos a los que se enfrenta el planeta pues implica un agotamiento de los recursos naturales. Para evitarlo, se debe recurrir a fuentes de energía sostenibles como la energía fotovoltaica. Sin embargo, su uso conlleva problemas como el coste, la rigidez de los paneles y las áreas de terreno adicional necesarias. Los recientes avances en el desarrollo de células fotovoltaicas flexibles han posibilitado su integración en cristal, cerámica, fachadas y tejados. Sin embargo, en las ciudades, existen multitud de aplicaciones en las que encontramos tejidos expuestos al Sol tales como toldos, carpas, pérgolas o cubiertas, utilizados únicamente como protección solar. Hasta ahora no había sido posible dotar a estos productos de una nueva funcionalidad porque su uso requiere flexibilidad, versatilidad, ligereza y resistencia. En este trabajo se recoge la investigación y el desarrollo experimental de la integración de células fotovoltaicas flexibles en tejidos a través de diferentes procesos textiles. Las conclusiones y futuros pasos propuestos servirán de base para el desarrollo de productos concretos e instalaciones fotovoltaicas textiles, ayudando así a la transformación de las ciudadesactuales en “Smart Cities” que, mediante la tecnología, creen servicios públicos más eficientes y sostenibles, mejorando así, la calidad de vida de sus ciudadanos.

Made available in DSpace on 2019-04-18T02:13:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_12883_Dissertação_Larisse.pdf: 2122628 bytes, checksum: 4f732e404d9dd53857e589253454c08d (MD5) Previous issue date: 2019-02-05 Nos últimos anos, devido às inovações tecnológicas que proporcionaram reduções de custos, o crescimento do setor fotovoltaico tem se destacado dentre as fontes renováveis de energia. Como consequência, até o ano de 2050 estima-se que 78 milhões de toneladas de painéis fotovoltaicos precisarão ser descartados no mundo e cerca de 750 mil toneladas apenas no Brasil. Os painéis fotovoltaicos de silício, mais utilizados mundialmente, são compostos por moldura de alumínio, vidro temperado, célula fotovoltaica de silício com filamentos metálicos, material encapsulante e material polimérico de proteção (backsheet). Os principais metais presentes nos painéis fotovoltaicos são: alumínio, zinco, chumbo, cobre, índio, selênio, telúrio, cádmio e prata. Tendo em vista que a reciclagem deve ser estimulada sob o ponto de vista ambiental, e que ao mesmo tempo pode ser economicamente vantajosa sob o aspecto econômico, o presente estudo teve como objetivo verificar a viabilidade técnica da recuperação de prata de células fotovoltaicas empregando lixiviação ácida, seguida da avaliação dos processos de precipitações química e eletroquímica para avaliar suas eficiências. Para tanto, inicialmente foi determinada a composição gravimétrica de três modelos de painéis fotovoltaicos e a concentração de metais (Ag, Al, Pb, Cu e Fe) na células fotovoltaicas. Posteriormente, foram verificados os fatores concentração de HNO3 (1-10M) e temperatura (25-60oC) no processo de lixiviação da prata, utilizando o Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) para o delineamento experimental. Finalmente, para as melhores condições experimentais, verificou-se o tempo de reação ideal e a melhor forma de recuperar a prata presente nas células fotovoltaicas testadas. Após o tratamento estatístico dos resultados, percebeu-se que foi possível solubilizar 100% da prata contida nas células fotovoltaicas, sendo os parâmetros otimizados: temperatura de 55oC, concentração de HNO3 de 2,3M e tempo de reação de 2h. A precipitação química por adição de HCl, assim como a eletroprecipitação possibilitaram a extração de mais de 99% da prata em solução. Assim, considerando toda a rota utilizada, obteve-se a recuperação de 99,98% da prata presente nas células fotovoltaicas.

Las células fotovoltaicas son habitualmente modeladas como circuitos. Encontrar los parámetros adecuados del modelo es muy importante para el seguimiento del punto de máxima potencia y maximizar la energía generada en el panel fotovoltaico. El objetivo de este estudio es encontrar la mejor manera de obtener los parámetros de los modelos de diodo simple y diodo doble, así como cuál de los dos modelos es mejor en cuanto a precisión. Para ello se han probado cuatro algoritmos diferentes en MATLAB suponiendo dos escenarios: que se dispone de datos experimentales en distintos puntos de la curva I-V, o que solo se tienen los tres puntos habituales suministrados en el catálogo. Finalmente se obtienen unas conclusiones a partir de los resultados obtenidos en ambos escenarios. Photovoltaic cells are usually modelled as circuits. Finding proper model parameters is very important for power point tracking and maximum energy generation. The purpose of this study is determining the best way to obtain the parameters of single and double diode models, as well as which of both models has better accuracy. In order to accomplish this task four different algorithms have been tested with MATLAB in two different situations: in one case there are several experimental points of the I-V characteristic; in the other case there are not, so datasheet points are used. Finally, the results obtained of both situations are discussed. Universidad de Sevilla. Máster en Ingeniería Industrial

As células fotovoltaicas orgânicas (OPV, sigla em inglês) são dispositivos capazes de converter a energia solar em energia elétrica, composto por materiais semicondutores orgânicos, tornando esta fonte de energia uma das alternativas mais promissoras ao que diz respeito a energia limpa e renovável. A tecnologia fotovoltaica baseada neste parâmetro encontra-se em estágio avançado do ponto de vista de pesquisa e desenvolvimento, o que permitiu algumas empresas, em todo o mundo, iniciarem o processo produtivo em escala industrial. Nesta dissertação, o objectivo é analisar a deposição das camadas a partir da utilização de uma nova técnica para a produção destes dispositivos, denominada Electrospray. Para isso, foi utilzada a estrutura designada “estrutura sanduíche”, baseada o principio da heterojunção, ITO/PEDOT: PSS/P3HT: PCBM/Al, ao qual é empregue em diversas bibliografias. O ITO - óxido de índio dopado com estanho – é um semicondutor degenerado de alta transparência no espectro visível e alta condutância elétrica. O PEDOT: PSS – Poli (3,4-etileno dióxido-tiofeno): poliestireno-sulfonado – foi introduzido como camada transportadora de buracos entre o ITO, um injetor de buracos, e o polímero ativo, uma mistura apropriada para a dissociação dos excitões gerados nas cadeias poliméricas. A estrutura é finalizada pelo contato metálico que é um injetor de eletrões. O enfoque foi analisar os principais parâmetros físicos e químicos da camada de PEDOT: PSS e da camada ativa, P3HT: PCBM – Poli (3-hexiltiofeno): [6,6]-fenil-C61-ácido butírico-metil ester – separadamente, depositadas sob substrato de vidro com contactos metálicos de alumínio. Para tanto, foram investigados e adicionados alguns compostos a solução da camada ativa tendo em vista os benefícios acarretados, como Clorofórmio, Ácido acético e Acetronitrilo em diferentes proporções. Com base nisto foram analisadas o aspecto da deposição, a espessura e a condutividade elétrica alicerçado na variação das condições do equipamento em busca de melhores resultados. A partir dessa técnica é possível realizar a deposição de ambas as camadas, com valores de condutividade elétrica satisfatórios.

CNPq Neste trabalho, um modelo de 15 parâmetros baseado no circuito elétrico de um diodo para módulos fotovoltaicos é proposto. A vantagem deste modelo é sua capacidade de representar os fenômenos físicos que ocorrem nas células fotovoltaicas quando ocorrem variações nas condições ambientais, como temperatura e irradiância. Além disso, uma técnica de estimação de parâmetros precisa é proposta para este novo modelo, baseado no algoritmo de otimização “busca por padrões” (Pattern Search - PS). O circuito equivalente de um diodo, modelo mais comumente utilizado, é composto por cinco parâmetros desconhecidos. A grande maioria das técnicas de estimação existentes na literatura identifica esses cinco parâmetros para um valor específico de irradiância e temperatura. Assim, este modelo simplificado com cinco parâmetros é capaz somente de representar uma única curva característica I-V por vez. Isto significa que diferentes conjuntos de cinco parâmetros devem ser encontrados para cada condição ambiental. Além do mais, como os parâmetros são obtidos por um simples ajuste matemático da curva I-V, há uma falta de significado físico nos parâmetros, ou seja, torna-se difícil de extrapolar novos conjuntos de parâmetros para uma nova condição ambiental através dos conjuntos previamente obtidos. No modelo adaptativo de 15 parâmetros proposto, é necessário executar a técnica de estimação de parâmetros apenas uma vez, pois o modelo é válido para toda a faixa de valores das condições ambientais disponíveis ao usuário, sejam elas curvas originadas a partir de datasheets ou experimentalmente. Além disso, as restrições impostas a cada parâmetro no processo de estimação garantem o seu significado físico, tornando o modelo capaz de emular o comportamento físico de módulos fotovoltaicos de diferentes tecnologias, tornando-o particularmente útil em técnicas de seguimento do ponto de máxima potência (MPPT) baseadas em modelo e em tarefas como o diagnóstico de falhas e/ou manutenção preditiva e corretiva de sistemas fotovoltaicos. Os resultados de comparação, baseados em curvas experimentais, são apresentados para verificar a eficácia do modelo e da técnica de estimação de parâmetros propostos. Por fim, o modelo proposto é aplicado em uma técnica de MPPT híbrida operado em um sistema fotovoltaico autônomo, composto por um microconversor c.c./c.c. de alto ganho, em que diversos resultados de simulação e experimentais deste sistema fotovoltaico são apresentados, a fim de demonstrar a eficácia das propostas deste trabalho. In this work, a 15-parameter model based on the electric circuit of one diode for photovoltaic modules is proposed. The advantage of this model is its ability to represent the physical phenomena that occur in photovoltaic cells when variations in environmental conditions such as temperature and irradiance occur. In addition, a precise parameter estimation technique is proposed for this new model, based on the Pattern Search algorithm. The equivalent circuit of a diode, the most commonly used model, is composed of five unknown parameters. The vast majority of estimation techniques in the literature identify these five parameters for a specific value of irradiance and temperature. Thus, this simplified five-parameter model is capable of representing only one I-V characteristic curve at a time. This means that different sets of five parameters must be found for each environmental condition. Moreover, since the parameters are obtained by a simple mathematical adjustment of the I-V curve, there is a lack of physical meaning in the parameters, i.e., it becomes difficult to extrapolate new sets of parameters to a new environmental condition through the previously obtained sets. In the proposed 15-parameter adaptive model, it is necessary to perform the parameter estimation technique only once, since the model is valid for the entire range of environmental conditions available to the user, whether curves originated from datasheets or experimentally. In addition, the constraints imposed on each parameter in the estimation process guarantee its physical meaning, making the model capable of emulating the physical behavior of photovoltaic modules of different technologies, making it particularly useful in maximum power point tracking techniques (MPPT) based on model and tasks such as fault diagnosis and/or predictive and corrective maintenance of photovoltaic systems. The comparison results, based on experimental curves, are presented to verify the effectiveness of the model and the technique of estimation of proposed parameters. Finally, the proposed model is applied in a hybrid MPPT technique operated in an autonomous photovoltaic system, composed of a d.c./d.c microconverter of high gain, in which several simulation and experimental results of this photovoltaic system are presented, in order to demonstrate the effectiveness of the proposals of this work.

O presente projeto de iniciação científica tem por proposta analisar a viabilidade econômica da instalação de células fotovoltaicas estacionamento da Faculdade de Ciências Aplicadas na UNICAMP, Campus Limeira, tendo por base o uso do sistema bidirecional de consumo e geração de energia para a rede interna e para a concessionária de energia da cidade. Através do levantamento a respeito do consumo do local onde será aplicado o projeto, foi realizada uma comparação com os modelos utilizados para geração de energia, sob a qual levantou-se a hipótese sobre a viabilidade do uso Microgrids em relação a questões de cunho monetário para a implementação deste no ambiente escolhido.

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de mestre em Engenharia Química e Biológica O presente trabalho descreve a síntese, propriedades óticas e electroquímicas de três novos compostos conjugados e reticuláveis, da classe de oligotiofenos. O design molecular visou obter compostos otimizados, em relação a outros previamente estudados, para aplicações em células fotovoltaicas de compostos orgânicos que exibam superior estabilidade de operação. Em particular, foi preparado um composto da família dos oligotiofenos com um sistema conjugado de eletrões π compreendendo quatro anéis tiofeno e uma unidade central benzo[1,2-b;4,5-b´]bitiofeno e dois compostos análogos, em que a unidade central foi substituída por uma unidade de superior afinidade eletrónica (unidades “aceitadoras de eletrões”): 5,6-dinitro-2,1,3-benzotiadiazole e tiofeno-S,S-dióxido (sulfona). A síntese dos novos compostos envolveu reações de acoplamento de Stille entre os compostos intermediários preparados, tendo-se obtido produtos finais com elevada pureza. Demonstrou-se que as modificações químicas dos novos compostos (em relação aos compostos de referência) que consistiram no aumento de uma para duas unidades tiofeno num dos compostos e a substituição da unidade central por unidades de superior afinidade eletrónica, provocaram uma diminuição do hiato ótico dos compostos, possibilitando a absorção de uma gama maior de fotões, em termos do seu comprimento de onda, na região do espetros UV-visível. As condições de reticulação dos compostos na forma de filme foram testadas usandotrês diferentes tipos de iniciadores de reticulação - dois foto-ácidos e o ácido poli(3,4-etileno-dioxitiofeno):poli(estireno sulfónico) - e aquecimento, tendo-se demonstrado que podem ser utilizadas análogas condições de reticulação para os três compostos Foram fabricados protótipos laboratoriais de células fotovoltaicas envolvendo um dos novos compostos preparados como componente doador de eletrões. Foram exploradas duas condições diferentes de preparação da camada ativa orgânica das células, uma vez que foram testadas células com camada orgânica na forma não reticulada e com camada ativa reticulada, implementando um dos métodos de reticulação investigados. As células preparadas apresentaram baixa eficiência, contudo, verificou-se que a reticulação não afectou negativamente os parâmetros de desempenho das mesmas. Abstract: This work presents the synthesis, optical, and electrochemical properties of three new conjugated molecules, of the oligothiophene class, with crosslinking functionality. The molecular design aimed at obtaining optimized materials in relation to others already investigated and ultimately envisages to explore the new materials in organic photovoltaic cells. In detail, the newly synthesised materials are an oligothiophene-type small molecule consisting of a π-conjugated electronic system based on four thiophene rings and the central unit benzo[1,2-b;4,5-b´]bithiophene and two analogous molecules,where the central unit was replaced by a unit of higher electronic affinity (electron accepting unit); 5,6-dinitro-2,1,3-benzothiadiazole and thiophene-S,S-dioxide (sulphone). The final compounds were obtained through Stille coupling reactions from appropriate intermediates previously synthesised; the products were obtained with high purity. It was demonstrated that the chemical modifications of the new compounds (in relation to the reference compounds), which consisted on the increase from one to two thiophene units in one of the compounds, and the replacement of the central unit by units of higher electron affinity, caused a narrowing of the optical gap on the resulting materials, therefore enabling the absorption of a larger fraction of photons when these materials are used in the active layer of solar cells. The conditions in which the new molecules form crosslinked networks, in solid films, were investigated, utilizing three different catalysts for the crosslinking reaction - two photo-acid generators, and Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):Polystyrene sulfonate(PEDOT:PSS) – and temperature annealing. Insoluble/crosslinked films from the new materials were obtained under analogous conditions, without affecting significantly the optical properties of the materials. Solution-processed bulk-heterojunction (BHJ) PV cells (laboratory prototypes) were fabricated using one of the new compounds as the electron donor. Such cells were compared with similarly prepared ones but implementing one of the studied crosslinking protocols. Although the was cells showed low efficiencies, it was found that the crosslinking protocol did not negatively alter the cells performance.

Para o presente trabalho foi desenvolvido um estudo de um sistema fotovoltaico, com armazenamento de energia, na Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, Campus Campo Grande, durante o ano de 2014. Foi avaliada a eficiencia de paineis fotovoltaicos em funcao dos valores da componente de radiacao solar global no plano horizontal de incidencia; das temperaturas ambiente e de operacao do painel; e da tensao e corrente do sistema fotovoltaico. Os resultados mostram que a eficiencia media mensal oscilou entre 8,65 e 9,17%, com media anual de 8,84%. O modulo apresentou eficiencia media 50% inferior aos valores propostos pelos fabricantes. Palavras-chave: Eficiencia Fotovoltaica Celular; Radiacao Solar; Conversao da Irradiacao Solar; Temperatura da Celula Fotovoltaica. STUDY OF ENERGETIC EFFICIENCY OF PHOTOVOLTAIC CELLS AS A FUNCTION OF SOLAR RADIATION IN BRAZIL’S MIDWEST REGION ABSTRACT In this paper, we developed a study of a photovoltaic system (PV) with energy storage installed at the Federal University of Mato Grosso do Sul, campus of Campo Grande, during 2014. It has been evaluated the efficiency of photovoltaic panels according to the data of the solar radiation components in the horizontal plane of incidence, the local and operating temperatures, and the current - voltage response of the PV system. The results show that the average monthly efficiency oscillated between 8.65% and 9.17%, with an annual average of 8.84%. The modules showed an average efficiency that is 50% smaller compared to the values provided by manufacturers. Keywords: Photovoltaic Cell Efficiency; Solar Irradiation; Conversion of Solar Irradiation; Photovoltaic Cell Temperature. ESTUDIO DE LA EFICIENCIA ENERGETICA DE CELULAS FOTOVOLTAICAS COMO FUNCION DE LA RADIACION SOLAR EN LA REGION CENTRAL DE BRASIL RESUMEN En el presente trabajo se ha desarrollado un estudio para un sistema fotovoltaico con almacenamiento de energia, durante el ano 2014 en el campus de Campo Grande de la Universidad Federal de Mato Grosso do Sul. Se evaluo la eficiencia de paneles fotovoltaicos en funcion de los valores de la componente de radiacion solar global en el plano horizontal de incidencia; de las temperaturas ambiente y de funcionamiento del panel; y de la tension y corriente generada en el sistema fotovoltaico. Los resultados muestran que la eficiencia media mensual oscilo entre 8.65% y 9.17%, con una media anual de 8.84%. El modulo ha presentado una eficiencia media 50% inferior a los valores propuestos por los fabricantes. Palabras clave: Eficiencia de Celulas Fotovoltaicas; Irradiacion Solar; Conversion de Irradiacion Solar; Temperatura de las Celulas Fotovoltaicas.

Grado en Ingeniería de Tecnologías de Telecomunicación

[ES] El trabajo de fin de grado que se presenta se basa en la elaboración de capas finas utilizadas en células solares con alta eficiencia. Con ello se pretende obtener células solares eficientes y que sean más económicas que las que se encuentran actualmente en el mercado. Para llevar a cabo este trabajo ha sido necesario el estudio de las distintas capas que conforman un dispositivo fotovoltaico, la experimentación para obtener dichas capas y su posterior caracterización mediante parámetros optoeléctricos y morfológicos. Además, también se ha llevado a cabo una revisión bibliográfica para encontrar la composición idónea de óxidos metálicos permitiendo así su optimización. Finalmente se ha optado por la obtención mediante electrodeposición química (ED) de capas de ZnO como material transportador de cargas del dispositivo y su posterior dopaje con Indio para mejorar sus propiedades. Tras el análisis de los resultados ópticos obtenidos se ha concluido que la adición del Indio produce un aumento considerable de la energía del bandgap. El contenido en In en películas delgadas de ZnO disminuye la resistividad a temperatura ambiente de las películas depositadas y lo mismo ocurre con las propiedades ópticas, estas mejoran tras la adición del dopante. En cuanto a la morfología observada mediante FESEM, esta es similar a la obtenida para películas de ZnO sin dopantes, sin embargo se observa un claro aumento del tamaño de las nanoestructuras depositadas con la adición del In y una mejora de la cristalinidad. Los resultados obtenidos permiten la fabricación de células solares más eficientes y con mejores propiedades, lo que conlleva una disminución de la superficie requerida y por tanto una reducción del coste., [EN] This project is based on the development of thin layers used in high efficiency solar cells. The aim is to obtain efficient solar cells that are cheaper than those currently on the market. To carry out this work it has been necessary to study the different layers that make up a photovoltaic device, the experimentation to obtain these layers and their subsequent characterization by means of optoelectric and morphological parameters. In addition, a bibliographic review has also been made in order to find the ideal composition of metallic oxides allowing its optimization. Finally, it has been decided to obtain ZnO layers by means of chemical electrodeposition (ED) as a carrier material for the device and its subsequent doping with Indio to improve its properties. After the analysis of the obtained optical results, it has been concluded that the addition of the Indium produces a considerable increase in bandgap energy. The content of In in thin films of ZnO decreases the resistivity at room temperature of the deposited films and as it happens with the optical properties, these improve after the addition of the dopant. Regarding the morphology observed by FESEM, this is similar to that obtained for ZnO films without dopants, however a clear increase in the size of the nanoestructures deposited with the addition of In and an improvement in crystallinity is observed. The results obtained allow the manufacture of more efficient solar cells and with better properties, which leads to a reduction in the required area and therefore a reduction in cost., [CA] El treball de fi de grau que es presenta es basa en l’elaboració de capes fines utilitzades en cèl·lules solars amb alta eficiència. Amb això es pretén obtindre cèl·lules solars eficients i que siguen més econòmiques que les que es troben actualment en el mercat. Per a dur a terme aquest treball ha sigut necessari l’estudi de les diferents capes que conformen un dispositiu fotovoltaic, l’experimentació per a obtindre aquestes capes i la seua posterior caracterització mitjançant paràmetres optoeléctrics i morfològics. A més, també s’ha dut a terme una revisió bibliogràfica per a trobar la composició idònia d’òxids metàl·lics permetent així la seua optimització. Finalment s’ha optat per l’obtenció mitjançant electrodeposicio química (ED) de capes de ZnO com a material transportador de càrregues del dispositiu i el seu posterior dopatge amb In per a millorar les seues propietats. Després de l’anàlisi dels resultats òptics obtinguts s’ha conclòs que l’addició de l’In produeix un augment considerable de l’energia del bandgap. El contingut en In en pel·lícules primes de ZnO disminueix la resistivitat a temperatura ambient de les pel·lícules depositades i a l’igual ocorre amb les propietats òptiques, aquestes milloren després de l’addició del dopant. Quant a la morfologia observada per mitjà de FESEM, esta és semblant a l’obtinguda per a pel·lícules de ZnO sense dopantes, no obstant això s’observa un clar augment de la grandària de les nanoestructuras depositades amb l’addició de l’In i una millora de la cristalinidad. Els resultats obtinguts permeten la fabricació de cèl·lules solars més eficients i amb millors propietats, la qual cosa comporta una disminució de la superfície requerida i per tant una reducció del cost.

A demanda por energia a partir de matrizes não fósseis gera um cenário favorável para o avanço de tecnologias de menor impacto ambiental. Diante disso, este projeto visa o desenvolvimento e a caracterização de células fotovoltaicas de heterojunção p-a-Si/n-c-Si a partir da deposição de um filme de silício amorfo hidrogenado por ECR-CVD dopado por implantação de boro e de células fotovoltaicas de homojunção n-c-Si/p-c-Si/p+-c-S dopada por difusão de fósforo. Também foram executados processos de otimização de eficiência, como a deposição de camada antirrefletora e corrosão traseira para célula de heterojunção, com ganhos de eficiência de quatro ordens de grandeza, e recozimento térmico para célula de homojunção, com ganhos de 23,8% de eficiência.

El sistema, debidamente implementado y puesto a prueba, cumple las metas que nos habíamos propuesto: desarrollar un método automático, cómodo y fiable para caracterizar células solares. Como las células suelen fabricarse en grupos, permite que una vez fabricadas puedan ser puestas a prueba de forma rápida, simultánea y sin dañarlas. Se ha conseguido reducir al mínimo los problemas relacionados con el deterioro de los contactos, mejorando no solo la consecución de un ensayo sino su reproducibilidad. Con esto garantizamos la correcta conservación de los sustratos que contengan células con buenos índices de funcionamiento. Gracias a la implementación de este sistema se podrá realizar la caracterización de una tanda de hasta 16 células (4 sustratos) sin la necesidad de perder tiempo cambiando de una célula a otra, ni calidad en la medida debida a un mal contacto. También permitirá seguir utilizando las pinzas cocodrilo para células hechas a partir de sustratos diferentes, así como para ensayos en cámaras de vacío, etc. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Universidad Politécnica de Cartagena

Photovoltaic solar cells are an attractive option to electric energy generation, but is still expensive if compared with traditional sources. One way to reduce the cost of solar cells is to use a thinner coating thickness. In the slot coating process, lower flow rates results in lower film thickness. However, there are physical and operational limits related with the method. One of them is the low-flow limit. This phenomena is observed at low film thickness, the downstream meniscus invades the gap between downstream slot die lip and the substrate creating a permanent and undesirable defect in the substrate. This work presents the numerical simulation of the slot coating process of Newtonian fluids, with the volume of fluid technique in order to determine the low-flow limit. The solution domain of the 2D governing equations is restricted to the downstream section of the slot coating die. It is verified that the minimal wet coating thickness increase with the capillary number, which means that thinner films will be obtained at lower substrate velocity. Further on the discussion about operational limits, highlighting the low flow limit, it is included a bibliographic revision about the oil production, photovoltaic solar cells and coating methods. Keywords: Two-phase flow, Low-flow limit, Slot coating, Volume of Fluid.

Esta tese de doutorado versou sobre a obtenção e caracterização do semicondutor ZnO obtido por biomimetização de membranas da cascas de ovos (MCOs) e a sua aplicação como coletor fotovoltaico do tipo sensibilizado por corante. Na síntese do ZnO, as MCOs foram submergidas em uma solução contendo os íons precursores de Zn. As membranas atuaram como um biotemplate, servindo como base para que o ZnO tivesse sua nucleação e crescimento na forma de nanocristais. Foram investigados dois diferentes precursores de Zn (nitrato de zinco hexahidratado e acetato de zinco dihidratado) e verificou-se a influência do tratamento térmico na formação do ZnO. Os materiais obtidos foram caracterizados quanto à sua morfologia, área superficial, porosidade e propriedades óticas em função do tratamento térmico praticado. Para efeito de comparação, foi obtido TiO2 por biomimetização de cascas de ovos, além de ZnO por processo de precipitação. As amostras que foram preparadas utilizando o biotemplate apresentaram como características, pequeno tamanho de domínio cristalino e larga área superficial em comparação com as amostras de ZnO preparadas por precipitação. As propriedades óticas e cristalinidade apresentadas pelo ZnO obtido por biomimetização são comparáveis às da fase anatase do TiO2 e portanto compatíveis com a aplicação em células fotovoltaicas sensibilizadas por corante (DSSC – Dye sensitized solar cells). Para a formação de um filme fino e poroso, o ZnO obtido pela biomimetização das MCOs foi então depositado pela técnica de screen printing sobre um substrato cerâmico preparado para servir como uma cerâmica solar baseada nas DSSCs. A preparação da base de uma DSSC sobre uma placa cerâmica foi possível pela deposição de uma camada metálica, produzida por aspersão térmica sobre o substrato cerâmico, e pela deposição de uma fina camada de ZnO por serigrafia. A aspersão térmica se mostrou uma técnica eficiente, obtendo uma boa ancoragem do metal aspergido sobre o substrato cerâmico esmaltado, demonstrado por análise EDS que ocorre difusão do metal depositado na camada esmaltada significando inclusive uma ancoragem química. A deposição por serigrafia da camada de ZnO porosa mostrou-se um método simples e barato obtendo-se camadas com morfologia razoável para a aplicação em DSSCs. Um melhor controle do tamanho dos poros pode ser obtido, otimizando-se ainda mais a pasta e a calcinação da peça. This doctoral thesis dealt about the obtaining and characterization of ZnO semiconductor obtained by biomimetization of eggshell membranes (ESMs) and its application as photovoltaic collector in dye sensitized solar cells (DSSCs). In the synthesis of ZnO, the ESMs were submerged in a solution containing the precursor ions of Zn. The membranes acted as a biotemplate, serving as basis for the ZnO had their nucleation and growth in the form of nanocrystals. We investigated two different precursors of Zn (zinc nitrate hexahydrate and zinc acetate dihydrate) and verified the influence of thermal treatment on the formation of ZnO. The materials were characterized according to their morphology, surface area, porosity and optical properties, as a function of the thermal treatment practiced. For comparison, TiO2 was obtained by biomimetization of ESM, and ZnO by precipitation process. The samples that were prepared using the biotemplate presented as characteristics small crystallite size and large surface area in comparison to the samples prepared by precipitation of ZnO. The optical properties and crystallinity presented by ZnO obtained by biomimetization are comparable to those of anatase phase of TiO2 and therefore compatible with the application in dye-sensitized solar cells (DSSC - Dye sensitized solar cells). ZnO obtained by biomimetization of ESMs was then used with the screen printing technique to form a thin porous film on a ceramic substrate, prepared to serve as a solar ceramic based on DSSCs. The preparation of a DSSC basis on a ceramic substrate was possible by the deposition of a metal layer by thermal spray on the ceramic substrate, and the deposition of a thin layer of ZnO by screen printing. The thermal spray proved to be an effective technique, getting a good anchoring of the metal sprayed on the glazed ceramic substrate, demonstrated byEDS analysis that diffusion occurs of the metal into the glazed ceramic substrate meaning chemical anchoring. The deposition by screen printing of the porous ZnO layer has shown to be a simple and inexpensive method yielding layers with reasonable morphology for use in DSSCs. A better control of pore size can be obtained by optimizing even more the paste and calcination of the samples.

[EN] Interdigitated Back Contact (IBC) solar cells with >19% efficiencies have been processed, focusing on Front Surface Field (FSF) development and optimization from an industrial perspective, [ES] Fotovoltaica ; Células cristalinas de contacto trasero ; Silicio tipo n ; Difusión de dopantes ; Energía solar ; Células fotovoltaicas

El objeto de este proyecto es determinar la potencia necesaria, mediante tecnología fotovoltaica, para que una empresa cubra la demanda energética de sus instalaciones. El estudio se centrará sobre los posibles regímenes de Balance Neto y de Autoconsumo en los que podría verse recogida la propia instalación fotovoltaica en un futuro.

Este projeto analisa a viabilidade técnica da instalação de painéis fotovoltaicos no estacionamento do Campus da Faculdade de Ciências Aplicadas da Unicamp, apresentando dupla funcionalidade, de sombreamento dos automóveis e geração de energia. Foram levantados dados sobre o consumo de energia do campus, considerando ponderações referentes aos períodos de consumo e o comportamento da demanda energética do campus. Apos esta verificação deu se analise dos equipamentos e materiais para execução da avaliação técnica na colocação dos paineis no estacionamento. Este é um estudo exploratório, baseado na revisão da literatura sobre conceitos básicos de Smart City, Smart Grid, Microgrid, células fotovoltaica e do sistema bidirecional.

Orientador: Prof. PhD. Marcelo Risso Errera Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Defesa : Curitiba, 30/08/2018 Inclui referências: p.97-110 Resumo: A crescente demanda por energia aliada à não dependência de combustíveis fósseis e aos problemas relacionados ao seu consumo, impulsionaram a busca e o desenvolvimento de fontes alternativas de energia. Nesse cenário, a energia solar apresenta grande potencial com tecnologias de conversão em energia térmica, elétrica ou ainda em sistemas híbridos. Com isso, as células fotovoltaicas de alta concentração (HCPV) representam uma alternativa eficiente, tanto em relação à área ocupada quanto ao custo de instalação. Devido à concentração da radiação solar, torna-se necessário o arrefecimento do sistema fotovoltaico, de modo a evitar danos estruturais e perda de eficiência elétrica. Dessa forma, o objetivo deste trabalho compreende a aplicação do Design Constructal para investigar as variáveis térmicas e geométricas de canais arrefecedores em sistemas fotovoltaicos de alta concentração (HCPV), visando a minimização da resistência térmica, homogeneização da temperatura sobre a célula e maximização da potência elétrica gerada. Um modelo computacional é desenvolvido para resolver as equações de balanço de massa, quantidade de movimento e energia que governam o problema, utilizando o programa comercial Comsol Multiphysics. Os resultados indicaram que a melhor configuração do modelo é uma função do volume de sólidos no sistema refrigerante, assim como das razões de aspecto dos microcanais. Portanto, pela aplicação do Design Constructal foi possível obter as diretrizes sobre o design que otimizam a transferência de calor em sistemas de arrefecimento de células fotovoltaicas concentradas. Palavras-chave: Sistema HCPV. Modelagem térmica. Design Constructal. Abstract: World energy demand continues to grow while energy and environmental policies point to less dependence on fossil fuels. Thermal solar panels and Photovoltaic (PV) systems have become a viable solution to meet those requirements but they still face efficiency challenges. The high concentrated photovoltaic technology (HCPV) represents an efficient alternative, both in relation to the occupied area and the economic issues. The efficiency of those systems is compromised due to concentration of solar irradiation over the PV-cells. It is then necessary to cool the photovoltaic system in order to avoid structural damage and losses of electrical efficiency. Therefore this work aims to model an active cooling system for HCPV modules and to optimize the design of the microchannels geometry, seeking the less thermal resistance, lower temperature variation in the cell and maximum overall net power, based on the constructal theory. Better designs are likely to provide the highest electrical efficiency with the lowest operating cost. A computational model is developed to solve the balance equations of mass, momentum and energy that govern the problem. The results showed that the best configuration is a function of the solid volume fraction, as well as the microchannels aspect ratios. Therefore, by applying the Constructal Design it was possible to obtain the design guidelines that optimize the heat transfer in cooling systems of concentrated photovoltaic cells. Key-words: HCPV system. Thermal modeling. Constructal design.

El objetivo de este proyecto es realizar una comparativa de los diferentes tipos de células fotovoltaicas que se comercializan en la actualidad. Para ello se ha llevado a cabo un estudio de las diferentes tecnologías de células encontradas y las industrias que se dedican a su fabricación. Para realizar esta comparativa se han seleccionado los fabricantes más relevantes de cada tipo de tecnología fotovoltaica, analizada en la actualidad. Ingeniería Técnica en Sistemas de Telecomunicación

O presente trabalho investiga a obtenção de filmes finos de calcopiritas do sistema Cu(In,Ga)(S,Se)2 com propriedades de interesse para utilização como camadas absorvedoras em células fotovoltaicas, através de um processo em duas etapas, utilizando a técnica de spin coating para deposição dos precursores. Para isso foram desenvolvidas quatro soluções precursoras com diferentes estequiometrias (rica e pobre em cobre, com e sem adição de gálio). Estas soluções foram então depositadas em substratos de vidro sodocálcico por spin coating e, em seguida, calcinadas a 390ºC por 4 minutos. As etapas de deposição e tratamento térmico foram repetidas três vezes para cada amostra. Obtém-se então um filme de óxidos amorfos dos metais adicionados. Após a tratamento térmico, as amostras foram submetidas a diferentes processos de sulfurização e/ou selenização, utilizando diferentes temperaturas (25 a 550°C, 500 a 550°C, 450°C) e fontes de enxofre e selênio (S e Se). Algumas amostras sofreram ainda um processo de redução do filme depositado antes do seu tratamento em atmosfera de enxofre e/ou selênio. Por difração de raios X, determinou-se que após os tratamentos todas as amostras apresentaram estruturas calcopiríticas do sistema Cu(In,Ga)(S,Se)2 de diferentes composições, além de fases secundárias em menor quantidade, variando de acordo com a estequiometria da solução precursora e do tratamento utilizado. Entre as amostras ricas em cobre, as tratadas previamente em atmosfera redutora e as tratadas entre 500 e 550°C mostraram uma maior densificação do filme, além um maior tamanho de grão. Dentre as amostras deficientes em cobre, as amostras que sofreram tratamento de selenizaçao e sulfurizaçao apresentaram maior tamanho de grão. Com as amostras preparadas foram obtidos band gaps entre 1,18 e 1,67eV, utilizando para isso o sistema pentanário Cu(In,Ga)(S,Se)2. This work investigates the development of thin films of the chalcopyritic system Cu(In,Ga)(S,Se)2 with properties of interest for use as absorber layers in photovoltaic cells, through a two-stage process, using the spin coating technique to deposit the precursors. For that, four precursor solutions with different stoichiometries (copper-rich and poor, with and without the addition of gallium) were developed. These solutions were then deposited on soda-lime glass substrates by spin coating, and then calcined at 390ºC for 4 minutes. The deposition and calcination stages were repeated three times for each sample. After these stages, amorphous oxide thin films were obtained. After therma treatment, the samples were subjected to various sulfurization and/or selenization processes, using different temperatures (25 to 550°C, 500 to 550°C) and sources of sulfur and selenium (S and Se). Some samples were also exposed to a reduction process prior to the treatment in atmosphere of sulfur and / or selenium. By X-ray diffraction, it was determined that, after the treatment, all samples showed chalcopyritic structures of the system Cu(In,Ga)(S,S)2 with different compositions, in addition to secondary phases in small amounts, varying with the stoichiometry of the precursor solutions and the treatment. Among the copper-rich samples, the ones that were reduced and then treated between 500 and 550 ° C showed greater densification of the film, plus a larger size of grain. Among the copper-poor samples, the ones that suffered treatment of selenization and sulfurization had greater grain size. With the prepared samples were obtained band gaps between 1.18 and 1.67 eV, using the pentanary system Cu(In,Ga)(S,S)2.

Estágio realizado na La Sapienza-Università di Roma o e orientado pelo Eng.º Luci Miranda Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Os componentes das células solares são feitos com lâminas e filmes semicondutores, metálicos e cerâmicos. Tais materiais não são inertes à ação da atmosfera terrestre. Neste contexto, parte importante da produção de módulos fotovoltaicos inclui etapas para a proteção das células. Estas deverão ser preservadas de ações agressivas do ambiente, para o que elas são devidamente encapsuladas. O material encapsulante deve possuir determinadas propriedades e dentre elas se destaca a alta resistência à degradação por radiação ultravioleta. Filmes de materiais poliméricos como o poli(tereftalato de etileno)(PET) devidamente modificados podem ser empregados por causa de sua adequação às propriedades necessárias a um material encapsulante. Nesta pesquisa, os filmes preparados são compósitos de poli(tereftalato de etileno) reforçados com partículas de quartzo irradiado e não irradiado com raios gama e o absorvedor de radiação ultravioleta Tinuvin®. A escolha dos aditivos foi baseada no comportamento óptico deles esperado. Os compósitos foram preparados segundo uma matriz de experimentos previamente estabelecida. A ênfase deste trabalho foi dada ao fenômeno da fotodegradação destes compósitos, sobretudo quando o polímero é exposto à radiação ultravioleta. Os mecanismos pertinentes foram promovidos em ensaios de exposição à câmara de intemperismo artificial Q-UV. A fluorescência de raios X determinou com êxito a composição química do quartzo. A difratometria a laser, o cyclosizer, a microscopia óptica e eletrônica de varredura mostraram-se adequados à caracterização da forma e tamanho do quartzo cominuído. O comportamento óptico, a análise de tensões e a amorfização das superfícies das partículas de quartzo cominuído foram observados com sucesso por espectroscopia de UV-Visível e difração de raios X, este último antes e após tratamento térmico. O amarelecimento da superfície e a microestrutura dos compósitos produzidos foram observados por a microscopia óptica e eletrônica de varredura. O grau de fotodegradação e sua relação com o amarelecimento dos compósitos foram eficazmente observados por espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier. Os resultados indicaram que é possível se fazer filmes mais resistentes à degradação por radiação ultravioleta e pelo intemperismo, mas é necessário desenvolver melhor o processo de preparação do filme e dos aditivos particulados para que a proteção contra fotodegradação, proporcionada pelo comportamento óptico dos aditivos, seja melhor observada. The solar cells components are made off blades and metallic and ceramic semiconductors films. Such materials are not inert to the terrestrial atmosphere action. In this context, important part of the fotovoltaics modules production includes stages for the cells protection. These will have to be preserved from aggressive actions of the environment, for what they duly are encapsulated. The encapsulating material should have possess definitive properties and amongst them detaches the high resistance against degradation by ultraviolet radiation. Polimeric materials films such as poli(ethylene terephtalate) (PET) duly modified can be used due to its adequacy to the necessary properties to an encapsulating material. In this research, the prepared films are composites of poli(ethylene terephtalate) filled with gamma rays radiated and not radiated quartz particles and the ultraviolet radiation absorber Tinuvin®. The choice of quartz and Tinuvin® additives was based their expected optic behavior. The composites had been prepared according to an experiment matrix previously established. The emphasis of this work was given to the photodegradation phenomenon of these composites, over all when the polymer is displayed to the ultraviolet radiation. The pertinent mechanisms had been promoted in assays of exposition to the Q-UV wheatherometer chamber. The chemical composition of the quartz was successfully determinated by X rays fluorescence. The laser diffractometry, cyclosizer, the optic and scanner electronic microscopy had revealed to be adequate to the form and size characterization of the quartz particles. The optic behavior, the analysis of tensions and surfaces amorphization of quartz particles due to comminution had been successfully observed by UV-Visible spectroscopy and X ray diffraction, this last before and after thermal treatment. The surface yellowing and the composites microstructure was observed by optic and scanner electronic microscopy. The degree of photodegradation and its relation with the composites yellowing efficiently had been observed by infra-red ray spectroscopy with Fourier transform. The results had indicated that it is possible to prepare more resistant films against ultraviolet degradation and wheathering but it is necessary to better develop the preparations process for the films and additives particles so that the expected protection against photodegradation, due to the fillers optical behavior, can be better observed.

We live in a highly dependent energy consumption world. This situation is expected to be unsustainable in the upcoming decades unless we change the energy model on which our society has been built. Recently and thanks to the great progress that technologies based on renewable energies (RE) are achieving, we have this possibility within our reach. Photovoltaic solar energy has proved to be one of the most mature and future-oriented natural resources, is clean, unlimited and has a great potential for use and possible applications. There are several types of photovoltaic technologies in the market today, including amorphous silicon (a-Si:H), less efficient than conventional polycrystalline silicon cells, but with very interesting characteristics, such as the low amount of silicon needed for their manufacturing and less energy expenditure for its elaboration, which results in a lower price and lower environmental impact, also its optical properties make it very interesting for certain types of applications such as building integrations. Due to the low implementation of amorphous silicon solar panels in the market, there are some deficiencies in knowing their behavior in facilities exposed to real outdoors conditions. The present thesis performs a study of the cycle of operation of two photovoltaic arrays of a-Si:H. The study is developed in two stages, in the first; we study the phenomenon of light-induced stabilization (LID) due to the Staebler-Wronski effect (SWE) and it is compared with existing literature, proposing a new model to describe this effect. In the second stage, the study of the photovoltaic plants is continued from the point of its stabilization, with the interest of characterizing the seasonal cyclic effect in the efficiency, produced by thermal variations of annealing, the SWE and the aging of the photovoltaic cells. This study has a particular interest as a tool for researchers, engineers and photovoltaic system designers, to better understand and quantify the effects of this technology under real operating conditions., Vivimos en un mundo cada día más dependiente del consumo de energía. Esta situación se prevé insostenible en las próximas décadas a no ser que cambiemos el modelo energético sobre el que nuestra sociedad está construida. Recientemente y gracias a los grandes progresos que las tecnologías basadas en energías renovables (EERR) están demostrando, tenemos a nuestro alcance esta posibilidad. La energía solar fotovoltaica ha resultado ser uno de los recursos naturales más maduros y con mayor proyección de futuro, es limpia, inagotable y con gran potencial de uso y aplicaciones posibles. Existen en el mercado actual varios tipos de tecnologías fotovoltaicas, entre ellas, la de silicio amorfo (a-Si:H), menos eficiente que las células convencionales de silicio policristalino pero con características muy interesantes, como la baja cantidad de silicio necesario para su fabricación y menor gasto energético para su elaboración, lo cual redunda en un menor precio y menor impacto ambiental, también sus propiedades ópticas la hacen muy interesante para cierto tipo de aplicaciones como la integración en edificios. Debido a la baja implementación de paneles solares de silicio amorfo en el mercado, existen ciertas carencias a la hora de conocer su comportamiento en instalaciones expuestas a condiciones ambientales de trabajo. La presente Tesis, realiza un estudio del ciclo de funcionamiento de dos plantas fotovoltaicas de a-Si:H. El estudio se desarrolla en dos etapas, en la primera, se estudia el fenómeno de la estabilización inducida por la luz (LID) debido al efecto Staebler-Wronski (SWE) y se compara con la bibliografía existente, proponiendo un nuevo modelo para describir este efecto. En la segunda etapa, el estudio de las plantas fotovoltaicas es continuado a partir del punto de su estabilización, con el interés de caracterizar el efecto cíclico estacional en la eficiencia, producido por las variaciones térmicas de templado, el SWE y el envejecimiento de la célula fotovoltaica. Este estudio es de particular interés como herramienta para investigadores, ingenieros y diseñadores de sistemas fotovoltaicos, para poder conocer mejor y cuantificar los efectos de esta tecnología bajo condiciones reales de funcionamiento., Vivim en un món cada dia més depenent del consum d'energia. Aquesta situació es preveu insostenible en les pròximes dècades llevat que canviem el model energètic sobre el qual la nostra societat està construïda. Recentment i gràcies als grans progressos que les tecnologies basades en energies renovables (EERR) estan demostrant, tenim al nostre abast aquesta possibilitat. L'energia solar fotovoltaica ha resultat ser un dels recursos naturals més madurs i amb major projecció de futur, és neta, inesgotable i amb gran potencial d'ús i aplicacions possibles. Existeixen al mercat actual diversos tipus de tecnologies fotovoltaiques, entre elles, la del silici amorf (a-Si:H), menys eficient que les cèl¿lules convencionals de silici policristal¿lí però amb característiques molt interessants, com la baixa quantitat de silici necessari per a la seua fabricació i menor despesa energètica per a la seua elaboració, la qual cosa redunda en un menor preu i menor impacte ambiental, també les seues propietats òptiques la fan molt interessant per a cert tipus d'aplicacions com la integració en edificis. A causa de la baixa implementació de panells solars de silici amorf al mercat, existeixen certes manques a l'hora de conèixer el seu comportament en instal¿lacions exposades a condicions ambientals de treball. La present Tesi, realitza un estudi del cicle de funcionament de dues plantes fotovoltaiques de a-Si:H. L'estudi es desenvolupa en dues etapes, en la primera, s'estudia el fenomen de l'estabilització induïda per la llum (LID) a causa de l'efecte Staebler-Wronski (SWE) i es compara amb la bibliografia existent, proposant un nou model per a descriure aquest efecte. En la segona etapa, l'estudi de les plantes fotovoltaiques és continuat a partir del punt de la seua estabilització, amb l'interès de caracteritzar l'efecte cíclic estacional en l'eficiència, produït per les variacions tèrmiques de temperat, el SWE i l'envelliment de la cèl¿lula fotovoltaica. Aquest estudi és de particular interès com a eina per a investigadors, enginyers i dissenyadors de sistemes fotovoltaics, per a poder conèixer millor i quantificar els efectes d'aquesta tecnologia sota condicions reals de funcionament.

As células solares poliméricas (PSCs) e diodos emissores de luz poliméricos (PLEDs) destacam-se dos seus análogos inorgânicos pela possibilidade de reduzir custo de fabricação, obtenção de dispositivos mais leves e flexíveis, maior liberdade no design e menor tempo de produção de dispositivos, devido à sua maior facilidade de processamento. Neste trabalho foram investigadas as mudanças nas propriedades fotofísicas, eletroquímicas e elétricas do poli[2,7-(9,9-dioctilfluoreno)-alt-4,7-bis(2,5-tiofeno)-2,1,3-benzotiadiazol] (PDBT) e seus derivados contendo grupos substituintes hexila no anel tiofeno. Este polímero conjugado é conhecido por seu potencial para aplicações em PSCs. Para tanto, três copolímeros, contendo diferentes concentrações de mero tiofeno substituído, foram sintetizados via reação de acoplamento de Suzuki. Usando técnicas adequadas, foram verificadas correlações entre o comportamento fotofísico, térmico e elétrico dos copolímeros e o teor de tiofeno substituído. Os materiais poliméricos sintetizados foram aplicados como camada ativa em PLEDs e PSCs. Em relação aos PLEDs, foi verificada baixa luminância e emissão de luz na faixa da cor laranja e cor verde. Além disso, diferentes efeitos, relacionados com a concentração de tiofeno substituído e as propriedades fotovoltaicas, foram identificados nas PSCs montadas. Polymer Solar cells (PSCs) and polymer light-emitting diodes (PLEDs) draw attention from their inorganic analogues for the possibility of manufacturing cost reduction, more light and flexible devices, as well as the greater design freedom and shorter production time devices due to its easier processing. In this work, we investigated the changes in the photophysical, electrochemical and electrical properties from poly[2,7-(9,9-dioctylfluorene)-alt-4,7-bis(2,5-thiophene)-2,1,3-benzothiadiazole] (PDBT) that was caused by hexyl substituents introduction on the copolymer thiophene rings. This conjugated polymer system is known for its PSCs applications potential. Therefore, three copolymers, with different concentrations of substituted thiophene mere, were synthesized by Suzuki polycondensation. Using appropriate techniques, direct relationships were verified between the photophysical, thermal and electrical behavior from copolymers and substituted thiophene content. The synthesized polymeric materials were applied as active layer in PLEDs and PSCs. Regarding PLEDs, it was verified a low luminance and light emission in the range of orange and green colors. Furthermore, different effects, related to the substituted thiophene concentration and photovoltaic properties, were identified from mounted PSCs.

Made available in DSpace on 2018-08-01T23:29:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10780_45 - Ricardo Pessoti Garuzzi.pdf: 14959914 bytes, checksum: 49aefda0e6ae1cb2f3fc9b4be3a0a01f (MD5) Previous issue date: 2017-03-08 A energia solar fotovoltaica é uma opção bastante atrativa, entretanto ainda é cara se comparada com as fontes tradicionais. Uma forma de tornar a fabricação da célula solar fotovoltaica mais competitiva no mercado é diminuindo a quantidade de material utilizado. A diminuição da espessura encontra limites físicos e operacionais associados com o método de deposição. Um deles, e que é objeto de estudo neste trabalho, é o limite de vazão mínima (low-flow limit). Este trabalho apresenta a simulação numérica do processo de revestimento por extrusão de fluidos newtoniano, não-newtoniano e newtoniano com partículas utilizando a técnica VOF (Volume Of Fluid) para determinar o limite de vazão mínima deste processo. No caso de newtoniano com partículas além do VOF é utilizada a técnica DPM (Discrete Phase Model). O domínio de solução das equações governantes no plano bidimensional se restringe a parte à jusante da barra de revestimento. Como resultados tem-se que o aumento do número de capilaridade resulta em um aumento da espessura mínima, e com o aumento da importância do comportamento não-newtoniano a espessura mínima de filme diminui. Para as partículas tem-se uma análise da sua concentração, com a ocorrência de um problema de alta quantidade na região do revestimento, sendo desejado que ocorra na região de interesse do filme depositado. Os trabalhos relacionados ao escoamento com fluido newtoniano foram publicados em duas revistas, como mostra os APÊNDICE A e APÊNDICE B. Além disso foi realizada uma análise econômica, também publicada, como pode ser visto no APÊNDICE C, e os detalhes constam no APÊNDICE E: GESTÃO FINANCEIRA.

[EN] Crystalline silicon solar cell performance and durability is highly influenced by substrate structure and composition. In this sense, the presence of impurities and lattice imperfections degrades the electrical behavior of the substrates limiting the power conversion efficiency potential of photovoltaic devices. The influence of material electrical behavior on device performance, is further increased in next generation silicon solar cells demanding high quality substrates to reach high efficiency.A industrial-like Czochralski (Cz) p-type, ingot was grown and sawed in wafers with resistivity ranging from 0.7 Ohm.cm to 2.1 Ohm.cm and thicknesses of 200 µm. The characterization of the radial and longitudinal distribution of resistivity as well as carbon, oxygen and iron content lead to a broad characterization ot the impurity distribution at the ingot level. The low carbon content ([C]1E11 cm-3) and surface ([Fei]>1E12 cm-3) led to significant lifetime degradation. In addition, lifetime mapping of the tail of the ingot showed high density of crystal dislocations. The influence of the boron and phosphorus diffusion on the electrical performance of silicon substrates was studied. Phosphorus diffusion from a POCl3 source showed a beneficial effect on lifetime that was associated with the reduction of Fei content (external gettering effect). On the other hand, boron diffusion from a BCl3 source revealed a detrimental effect that could be related to a substantial increase of [Fei] in the range of one order of magnitude. A process sequence including consecutive boron and phosphorus diffusions showed a substantial degradation of lifetime at the ingot top that could be explained by Oi precipitation rings. The influence of the crystal defects, found at the ingot tail, on lifetime degradation after the diffusion processes was also confirmed. Al-BSF cells were manufactured from a batch of wafers extracted along the ingot with efficiencies ranging between 17.8% and 18.2% and showing low dependence of solar cell performance on the solidified fraction of the ingot. Internal Quantum Efficiency (IQE) and minority carrier diffusion length (Ld) mappings further confirmed the external gettering effect developed by the phosphorus diffusion. In a further stage, Passivated Emiteer Rear Totally-diffused (PERT) cells were manufactured with efficiencies in the range of 18.8% and 19.6%. As opposed to Al-BSF cells, electrical parameters of PERT cells were influenced by solidified fraction with a reduction of cell performance near the top and tail of the ingot. In a later stage, an additional batch of solar cells of three different architectures, including Al-BSF, PERT and Passivated Emitter Rear Contact (PERC), was successfully manufactured from the same region of a Cz boron-doped ingot. Real time monitoring of the Voc enabled the study of the influence of the cell architecture on the Light Induced Degradation (LID) and Regeneration (LIR) kinetics and amplitudes. Strong correlation between the cell architectures and the degradation amplitude were observed with higher efficiency losses for PERC cells mainly due to a higher sensibility to bulk carrier lifetime degradation. In addition, the potential of LIR processes to permanently suppress the LID effects on the studied solar cell architectures was confirmed. Main causes driving the influence of the architecture in LID amplitude and LIR kinetics were further investigated., [ES] Las características de los substratos sobre los que son fabricadas las células fotovoltaicas cristalinas constituyen un elemento fundamental en su comportamiento y durabilidad. En este sentido, la presencia de impurezas e imperfecciones en la red cristalina reduce el comportamiento eléctrico de los substratos limitando el potencial de generación eléctrica de las células. Esta limitación se acrecienta en las células de nueva generación, en las que su potencial para aumentar la eficiencia de conversión fotovoltaica solo puede hacerse efectivo al utilizar substratos con altas prestaciones eléctricas. En la presente investigación se ha procedido a la cristalización mediante la técnica Czochralski (Cz) de un lingote monocristalino, tipo p con resistividad en el rango de 0.7-2.1 Ohm.cm y tamaño industrial. Su posterior corte en obleas de 200 µm de espesor nominal ha permitido disponer de obleas distribuidas a lo largo del lingote en una fracción solidificada entre el 2.0% y el 99.4%. La caracterización del lingote ha incluido la medida de la resistividad así como la reconstrucción longitudinal y radial de su concentración en carbono, oxígeno y hierro. El reducido contenido en carbono obtenido ([C], [CAT] Les característiques dels substrats sobre els quals són fabricades les cèl·lules fotovoltaiques cristal·lines constitueixen un element fonamental en el seu comportament i durabilitat. En aquest sentit, la presència d'impureses i imperfeccions en la xarxa cristal·lina redueix el comportament elèctric dels substrats limitant el potencial de generació elèctrica de les cèl·lules. Aquesta limitació es veu augmentada en les cèl·lules de nova generació, en què el seu potencial per augmentar l'eficiència de conversió fotovoltaica només pot fer-se efectiu mitjançant la utilització de substrats amb altes prestacions elèctriques.En la present investigació s'ha procedit a la cristal·lització mitjançant la tècnica Czochralski (Cz) d'un lingot monocristal·lí, tipus p amb resistivitat en l'interval de 0.7-2.1 Ohm.cm i mida industrial. El seu posterior tall en oblees de 200 micres de gruix nominal ha permès disposar d'oblees distribuïdes al llarg del lingot en una fracció solidificada entre el 2.0% i el 99.4%. La caracterització exhaustiva del lingot ha inclòs la mesura de la resistivitat així com la reconstrucció longitudinal i radial de la concentració en carboni, oxigen i ferro. El reduït contingut en carboni obtingut ([C], Cascant López, M. (2016). INFLUENCIA DE LA COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS SUBSTRATOS DE SILICIO MONOCRISTALINO EN EL COMPORTAMIENTO ELÉCTRICO DE LAS CÉLULAS FOTOVOLTAICAS CRISTALINAS DE ALTA EFICIENCIA [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. doi:10.4995/Thesis/10251/62356., TESIS

Dissertação de mestrado em Ciências e Tecnologias do Ambiente – Energia, Com o aumento do interesse nas energias limpas e renováveis como alternativa aos combustíveis fósseis é de grande importância que essas tecnologias se estabeleçam como economicamente viáveis na atualidade, para que avanços no setor energético mundial possam de fato ocorrer. Na produção de energia a partir de fontes renováveis, a energia solar tem-se revelado cada vez mais atrativa para produção de energia elétrica. As células fotovoltaicas têm sido desenvolvidas no sentido de se obter maior eficiência de conversão de energia solar em energia elétrica. Assim como a sua produção tem sido desenvolvida por materiais e técnicas de deposição menos dispendiosos e facilmente reprodutíveis em grande escala. Células solares de filmes finos de materiais semicondutores como pontos quânticos têm-se mostrando promissoras na geração de energia em grande escala. Os dispositivos fotovoltaicos têm-se tornado objeto de estudo de vários grupos de investigação, apresentando considerável evolução na arquitetura das células solares, bem como no valor de eficiência de conversão, a qual foi certificada com um valor de 9,9% em março de 2015, de acordo com o Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) dos Estados Unidos. Neste trabalho, o processo de fabricação envolveu a deposição sequencial de diferentes camadas em um substrato de vidro. A configuração utilizada foi: Vidro / SiO2 / FTO / TiO2 compacto / TiO2 mesoporoso / ZnO / CdS / CuS / SnS / ZnS e Vidro/ SiO2 / FTO / TiO2 compacto / TiO2 mesoporoso / ZnO / CuS / SnS / ZnS com os Contraeléctrodos (CEs) de vidro/FTO com Platina, Cu2SnS3 e grafite ou latão com os eletrólitos iodeto/triiodeto e polissulfureto (gel e líquido), isto comparando diferentes eletrólitos, áreas de TiO2, contraelétrodos e células solares como as de corante., With increasing interest in clean and renewable energy as an alternative to fossil fuels, it is of great importance that these technologies become economically viable today, so that advances in the global energy sector may indeed occur. In the production of energy from renewable sources the use of solar energy has become increasingly attractive for the production of electric energy. Photovoltaic cells have been developed in order to obtain greater efficiency of conversion of solar energy into electric energy. As well, the production of the same has been developed by materials and techniques of deposition less expensive and easily reproducible in large scale. Solar cells from thin films of semiconductor materials like quantum dots have shown promise for large-scale power generation. The photovoltaic devices have become the object of study of several research groups, presenting considerable evolution in the solar cell architecture, as well as in the value of conversion efficiency, which was certified with a value of 9.9% in March 2015, according to With the National Renewable Energy Laboratory (NREL) in the United States. In this work, the manufacturing process involved the sequential deposition of different layers on a glass substrate. The configuration used was: Glass / SiO2 / FTO / TiO2 compact / TiO2 mesoporous / ZnO / CdS / CuS / SnS / ZnS and Glass / SiO2 / FTO / TiO2 compact / TiO2 mesoporous / ZnO / CuS / SnS / ZnS with glass / FTO counter electrodes (CEs) with platinum, Cu2SnS3 and graphite or brass with electrodes iodide / triiodide and polysulfide (gel and liquid), this comparing different electrolytes, areas of TiO2, counter-electrodes and solar cells like dyes.

Esta tesis doctoral se ubica dentro del área de la Química Inorgánica y más específicamente en el campo de los materiales cerámicos. En ella se describe el desarrollo y el estudio de nuevos soportes cerámicos que puedan ser utilizados en diferentes elementos funcionales en los edificios que puedan incorporar nuevas funcionalidades fotovoltaicas. Para estas aplicaciones, se propone el desarrollo de dispositivos basados en materiales fotovoltaicos emergentes de especial interés, como son las células fotovoltaicas de capas de calcopiritas (CIGS: Cu(In0,7,Ga0,3)Se2)., This doctoral thesis is located in the Inorganic Chemistry area and more specifically in the field of ceramic materials. It describes the study and development of new ceramic supports that can be used in different functional elements in the buildings that can incorporate new photovoltaic functionalities. For these applications, it is proposed the development of devices based on emerging photovoltaic materials such as the photovoltaic cells of chalcopyrite layers (CIGS: Cu(In0,7,Ga0,3)Se2).

As ferramentas computacionais utilizadas em diferentes áreas de pesquisa têm como vantagem sobre análises e ensaios reais a possibilidade de analisar sistemas em diferentes condições de forma mais ágil e com menor consumo de tempo e recursos. A modelagem óptica de dispositivos fotovoltaicos é bastante difundida. Existem diferentes trabalhos na área, com diferentes escopos e graus de detalhamento, que permitem a análise e melhor compreensão das diferentes etapas da conversão da radiação em energia elétrica, expandindo as possibilidades de otimização. No presente trabalho foi desenvolvida, em uma etapa inicial, uma metodologia computacional para análise óptica de módulos fotovoltaicos, para então, em uma segunda etapa, serem realizados estudos do desempenho de diferentes materiais inseridos no conjunto de camadas que compõe os módulos, através da metodologia. O modelo óptico que embasa o método tem como foco os módulos de silício monocristalino. Esses módulos agregam de três a quatro camadas transparentes sobre as células fotovoltaicas. Ao incidir nesse conjunto de camadas radiação é submetida a diferentes eventos de extinção, como função do comprimento de onda da radiação e ângulo de incidência, que devem ser previstos em um modelo de forma a obter-se resultados válidos de transmissividade. A metodologia propõe a realização de uma análise aprofundada dos fenômenos ópticos que ocorrem mediante a incidência de radiação em um módulo fotovoltaico de modo a auxiliar na análise da adequação e desempenho de diferentes materiais ao sistema óptico formado. A otimização da transmissão de radiação em um módulo fotovoltaico tem uma influência direta e significativa sobre a eficiência de tais dispositivos, justificando sua importância. A validação do modelo foi realizada através da literatura, em partes, e apresentou coerência com os resultados de referência. Foram produzidos na segunda etapa estudos de desempenho de materiais ou propriedades isoladamente. No primeiro estudo foram analisados três materiais para aplicação como filme de passivação sobre a célula, sendo eles Si3N4, SiO2, e TiO2; o filme de Si3N4 apresentou o melhor desempenho. O segundo estudo, de avaliação da influência do índice de refração do encapsulante na transmissividade do sistema, demonstrou que a variação desse parâmetro tem muito pouca influência. No terceiro estudo foi analisado o potencial dos materiais PDMS e TiO2 como filmes anti-reflexo sobre vidro. O PDMS gerou melhores resultados de transmissividade. Por fim um estudo de desempenho de um conjunto de materiais frente à mudança do espectro incidente foi realizado. Foi utilizado até então o espectro de referência, que foi então comparado a um espectro médio de um dia de equinócio da cidade de Porto Alegre. O desempenho do sistema foi em torno de 3% inferior em incidência normal. Computational tools raise the possibility of studying and understanding systems under different conditions in a faster and less resource and time consuming way. The optical modeling of photovoltaic devices is a very developed issue, and paperworks and projects in different scopes e levels of detail were produced, providing a better understanding of the different steps of converting light into electricity, expanding optimization possibilities. For this project a computational methodology was developed, as an initial step, for the optical assessment of the transmission of radiation in photovoltaic modules. In a second step, studies were performed using the method as a tool for analyzing the system formed by the layers covering the cells embedded in modules. The optical model describes monocristalline silicon modules, which are constituted by three to four layers covering the cell. Once it penetrates the set of layers, incident light suffers different extinction phenomena, which are predicted in this model in order to generate valid results. It’s a function of wavelength and incidence angle of the incoming radiation. The model presented aims to deeply analyse and understand the optical phenomena light undergoes through its way from the external environment to the interior of the cell, supporting the process of observing the performance and adequacy of different materials as the referred layers. Optimizing transmission of radiation in a photovoltaic device plays a main role in increasing the efficiency of the energy conversion process, which is why it’s so important. The model was validated by literature in parts, and showed coherence within reference results. Studies were produced in a second step of this work, using the method, concerning optical issues, for the thin film on top of the cell, the refractive index of the encapsulating material, and the optical effect of coating the outer glass surface. In the first study Si3N4, SiO2 and TiO2 were analyzed; the Si3N4 film produced the best results. The second study, concerning encapsulant’s refractive index, demonstrates this parameter has a very weak influence in the system’s transmission. The third one observed the performance of two materials, PDMS and TiO2, as AR coating,. The PDMS film produced a better effect. At last, the best performance set of layers was analyzed under a representative spectral distribution of an equinox day of the city of Porto Alegre, considering so far it was used the standard. The transmission suffered a slight decrease, around 3%.

Temperaturas celulares que operam em módulos de energia fotovoltaica (PV) afetam diretamente o desempenho do sistema PV. Neste estudo uma abordagem nova e eficaz para estimar a temperatura de funcionamento de um módulo fotovoltaico é apresentada. O modelo desenvolvido é simples e não requer utilização de cálculos complexos. A abordagem proposta usa uma fórmula simples para obter a temperatura da célula PV a partir das variáveis ambientais, tais como temperatura ambiente, irradiância e velocidade do vento. A eficácia do novo procedimento de estimação temperatura é investigada através de simulações realizadas em ambiente MATLAB / Simulink e sua validade é verificada por meio de experimento em 64 módulos solares fotovoltaicos. Verificou-se que, em geral, o modelo tende a produzir resultados satisfatórios de predição da temperatura. A partir dos resultados, as temperaturas estimadas para as células PV apresentam boa correlação com os dados medidos. A equação da temperatura de células fotovoltaicas previstas e medidas são intercepto = ; irradiância = , temperatura = , velocidade dos ventos = e coeficiente de correlação = . Os resultados estatísticos mostram que o modelo pode ser utilizado para prever as temperaturas da câmara de PV com um erro inferior a 2,3%. Como conclusão, as temperaturas de células PV podem ser estimadas através de um novo modelo linear com base na previsão de estado estacionário como abordagem.