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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/38563| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Filtro óptico de radiação para células solares utilizando filmes finos multicamadas de óxido de índio e estanho e prata |
| Autor(es): | França, Lucas Medeiros de |
| Orientador: | Gomes, Kelly Cristiane |
| Coorientador: | Silva Neto, José Felix da |
| Membro da Banca: | Lago, Taynara Geysa Silva do |
| Membro da Banca: | Aquino, Flávia de Medeiros |
| Resumo: | O aumento da demanda energética mundial ocasionou o consumo de combustíveis fósseis de forma massiva, intensificando as mudanças climáticas. A energia elétrica representa 1/3 dessa demanda – mais da metade concentrada em edificações, sendo 50% desse consumo para sistemas de conforto térmico. Para suprir a geração de eletricidade de forma limpa e sustentável, diversas fontes alternativas e renováveis emergiram, destacando-se a energia solar como mais promissora em larga escala. Todavia, esta tecnologia ainda enfrenta alguns desafios e está próxima do ponto de eficiência máxima do principal material que compõe esses dispositivos de conversão fotovoltaica, o silício. Contudo, outros materiais estão surgindo e novas células fotovoltaicos estão sendo desenvolvidas. Além disso, os materiais atuais de células solares não são capazes de absorver o espectro eletromagnético solar completo para geração de energia, em que boa parte da energia é absorvida na forma de calor – gerando aquecimento, perda de eficiência e degradação. Com isso, este trabalho propõe filtros ópticos de radiação com o intuito de transmitir para as células fotovoltaicas apenas a faixa de radiação propícia para o efeito fotoelétrico e refletir a faixa de radiação indesejada. O filtro óptico é um filme fino multicamadas alternadas compostas por óxido de índio dopado com estanho (ITO) e prata (Ag) onde as propriedades ópticas foram simuladas e otimizadas via software (OpenFilters) com relação a quantidade de camadas (3 e 5) e espessuras. Os filmes com melhor desempenho foram fabricados por magnetron sputtering e recozidos a 350 ºC por 1 hora em forno mufla. As caracterizações ópticas foram realizadas por espectrofotometria de UV-Vis e testes de bloqueio de calor com câmera termográfica em ambiente externo após exposição à radiação solar por 1 hora. As simulações demonstram que o filme com melhor resultado para as regiões desejadas do espectro solar foi o ITO/Ag/ITO/Ag/ITO (IAIAI) com 35/5/80/5/35 nm (T = 83,65% no visível e R = 87,29% de 1100 a 2500 nm), entretanto, não foi possível fabricá-lo de forma satisfatória, o que ocasionou resultados de transmitância e bloqueio térmico ruins. O filme IAIAI10 demonstrou bons resultados de simulação (T = 66,41% no visível e R = 93,50% de 1100 a 2500 nm) e de espectrofotometria (T = 66,17% no visível e T = 5,65% de 1100 a 2500), assim como bloqueio térmico satisfatório (aumento de 4 ºC após 1 hora, versus aumentos de 8 a 22 ºC em outras amostras). Em ambos os filmes o tratamento térmico não foi satisfatório. Assim, este trabalho produziu filtros ópticos de radiação que apresentam potencial de utilização em células solares para diminuir a temperatura de operação e, consequentemente, mitigar perdas de eficiência devido ao aquecimento durante o processo de geração de energia. |
| Abstract: | The increase in global energy demand has led to massive consumption of fossil fuels, intensifying climate change. Electricity accounts for one-third of this demand – more than half concentrated in buildings, with 50% of this consumption for thermal comfort systems. To supply electricity generation in a clean and sustainable way, several alternative and renewable sources have emerged, with solar energy standing out as the most promising on a large scale. However, this technology still faces some challenges and is close to the point of maximum efficiency of the main material that makes up these photovoltaic conversion devices, silicon. However, other materials are emerging and new photovoltaic cells are being developed. Furthermore, current solar cell materials are not capable of absorbing the complete solar electromagnetic spectrum for energy generation, with a large portion of the energy being absorbed as heat – generating warming, loss of efficiency, and degradation. Therefore, this work proposes optical radiation filters with the aim of transmitting to photovoltaic cells only the radiation range suitable for the photoelectric effect and reflecting the undesirable radiation range. The optical filter is a thin multilayer film composed of alternating indium tin oxide (ITO) and silver (Ag), where the optical properties were simulated and optimized via software (OpenFilters) with respect to the number of layers (3 and 5) and thicknesses. The films with the best performance were manufactured by magnetron sputtering and annealed at 350 °C for 1 hour in a muffle furnace. Optical characterizations were performed by UV-Vis spectrophotometry and heat blocking tests with a thermographic camera in an outdoor environment after exposure to solar radiation for 1 hour. Simulations demonstrate that the film with the best results for the desired regions of the solar spectrum is ITO/Ag/ITO/Ag/ITO (IAIAI) with 35/5/80/5/35 nm (T = 83.65% in the visible spectrum and R = 87.29% from 1100 to 2500 nm). However, it was not possible to manufacture it satisfactorily, resulting in poor transmittance and thermal blocking results. The IAIAI10 film showed good simulation results (T = 66.41% in the visible spectrum and R = 93.50% from 1100 to 2500 nm) and spectrophotometry results (T = 66.17% in the visible spectrum and T = 5.65% from 1100 to 2500 nm), as well as satisfactory thermal blocking (an increase of 4 °C after 1 hour, versus increases of 8 to 22 °C in other samples). In both films, the heat treatment was not satisfactory. Thus, this work produced optical radiation filters that show potential for use in solar cells to reduce the operating temperature and, consequently, mitigate efficiency losses due to heating during the energy generation process. |
| Palavras-chave: | Filtro óptico Filme fino ITO Ag Células solares Optical filter Thin film Solar cells |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
| Sigla da Instituição: | UFPB |
| Departamento: | Engenharia de Energias Renováveis |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis |
| Tipo de Acesso: | Acesso aberto Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil |
| URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
| URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/38563 |
| Data do documento: | 25-Fev-2026 |
| Aparece nas coleções: | Centro de Energias Alternativas e Renováveis (CEAR) - Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| LucasMedeirosDeFrança_Dissert_Com_Tarjamento.pdf | 2,76 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir | |
| LucasMedeirosDeFrança_Dissert_Sem_Tarjamento.pdf | 1,91 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir Solicitar uma cópia |
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