Publicação
Novel printable photovoltaic systems based on Cu(In,Ga)Se2 chalcopyrite
| Resumo: | Nas últimas décadas temos assistido a uma intensa procura de fontes de energia eficientes, limpas e renováveis para responder ao crescente consumo energético e aos objetivos de descarbonização. No âmbito da energia solar, as células solares de filme fino inorgânico com base em CuInxGa1−xSe2 (CIGSe), merecem especial atenção. No entanto, os sistemas fotovoltaicos (FV) com maior eficiência utilizam processos de deposição a vácuo que requerem equipamentos sofisticados e elevadas quantidades de energia. A deposição sem vácuo, por outro lado, permite a produção industrial de dispositivos FVs de baixo custo, leves e flexíveis, e com um menor impacto ambiental. Assim, este trabalho utiliza processos de produção de sistemas FV CIGSe através da impressão de filmes finos de CIGSe por serigrafia, utilizando tintas contendo precursores/nanopartículas (NPs) bem dispersos. Para este fim, duas metodologias foram utilizadas: uma convencional e uma alternativa ecológica à anterior, com base na utilização de água como solvente. Em relação à origem dos precursores, duas rotas foram utilizadas: filmes impressos contendo óxidos comerciais de Cu, In e Ga, seguidos de selenização para converter os percursores em CIGSe e filmes contendo NPs de CIGSe que não requerem selenização. Notavelmente, a síntese conduzida com metodologias convencionais originou uma grande quantidade de NPs CIGSe de fase pura de wurzita com estrutura hexagonal. A resultante camada fotoabsorvente impressa exibiu uma espessura homogénea de 4,5 μm com fase calcopirita. Em relação aos percursores comerciais, foi produzida uma célula FV CIGSe através da impressão de tintas contento óxidos de Cu, In e Ga dispersos em terpineol, seguida de selenização. A deposição das camadas superiores de CdS, através de banho químico, e i-ZnO/ZnO:Al através de pulverização catódica, resultou num dispositivo FV com 6,1% de eficiência. Por outro lado, o uso de metodologias ecológicas resultou na primeira síntese aquosa de grande quantidade de NPs CIGSe de fase pura de calcopirita com estrutura tetragonal. Além disso, a formulação de tintas aquosas com óxidos bem dispersos e posterior selenização foi realizada para produzir células FV mais sustentáveis. Seguindo os processos acima descritos foi produzida uma célula FV CIGSe com recorde de eficiência de 7.9%. Finalmente, a deposição por spray de tintas condutoras aquosas resultou numa célula FV CIGSe totalmente produzida sem vácuo com eficiência de 2,2%, um recorde para tais sistemas sustentáveis. Assim, o presente trabalho fornece alternativas sustentáveis para a fabricação de células FV CIGSe com base em deposições sem vácuo que são compatíveis com a produção industrial de sistemas FV, permitindo assim uma produção com maior relação custo-eficiência. |
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| Autores principais: | Gonçalves, Bruna Ferreira |
| Assunto: | CIGSe Impressão funcional Serigrafia Sistemas fotovoltaicos Sustentabilidade Functional printing Photovoltaic systems Screen printing Sustainability |
| Ano: | 2021 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Nas últimas décadas temos assistido a uma intensa procura de fontes de energia eficientes, limpas e renováveis para responder ao crescente consumo energético e aos objetivos de descarbonização. No âmbito da energia solar, as células solares de filme fino inorgânico com base em CuInxGa1−xSe2 (CIGSe), merecem especial atenção. No entanto, os sistemas fotovoltaicos (FV) com maior eficiência utilizam processos de deposição a vácuo que requerem equipamentos sofisticados e elevadas quantidades de energia. A deposição sem vácuo, por outro lado, permite a produção industrial de dispositivos FVs de baixo custo, leves e flexíveis, e com um menor impacto ambiental. Assim, este trabalho utiliza processos de produção de sistemas FV CIGSe através da impressão de filmes finos de CIGSe por serigrafia, utilizando tintas contendo precursores/nanopartículas (NPs) bem dispersos. Para este fim, duas metodologias foram utilizadas: uma convencional e uma alternativa ecológica à anterior, com base na utilização de água como solvente. Em relação à origem dos precursores, duas rotas foram utilizadas: filmes impressos contendo óxidos comerciais de Cu, In e Ga, seguidos de selenização para converter os percursores em CIGSe e filmes contendo NPs de CIGSe que não requerem selenização. Notavelmente, a síntese conduzida com metodologias convencionais originou uma grande quantidade de NPs CIGSe de fase pura de wurzita com estrutura hexagonal. A resultante camada fotoabsorvente impressa exibiu uma espessura homogénea de 4,5 μm com fase calcopirita. Em relação aos percursores comerciais, foi produzida uma célula FV CIGSe através da impressão de tintas contento óxidos de Cu, In e Ga dispersos em terpineol, seguida de selenização. A deposição das camadas superiores de CdS, através de banho químico, e i-ZnO/ZnO:Al através de pulverização catódica, resultou num dispositivo FV com 6,1% de eficiência. Por outro lado, o uso de metodologias ecológicas resultou na primeira síntese aquosa de grande quantidade de NPs CIGSe de fase pura de calcopirita com estrutura tetragonal. Além disso, a formulação de tintas aquosas com óxidos bem dispersos e posterior selenização foi realizada para produzir células FV mais sustentáveis. Seguindo os processos acima descritos foi produzida uma célula FV CIGSe com recorde de eficiência de 7.9%. Finalmente, a deposição por spray de tintas condutoras aquosas resultou numa célula FV CIGSe totalmente produzida sem vácuo com eficiência de 2,2%, um recorde para tais sistemas sustentáveis. Assim, o presente trabalho fornece alternativas sustentáveis para a fabricação de células FV CIGSe com base em deposições sem vácuo que são compatíveis com a produção industrial de sistemas FV, permitindo assim uma produção com maior relação custo-eficiência. |
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