00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IF - INSTITUTO DE FÍSICA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF
Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/8206
Tipo: Tese
Título: Quantum cutting em nanocristais fluoretos co-dopados com terras-raras como proposta de otimização de células solares
Autor(es): Sousa, Michael Ronnes Medeiros de
Primeiro Orientador: Silva, Carlos Jacinto da
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Silva, Wagner Ferreira da
metadata.dc.contributor.referee1: Astrath, Nelson Guilherme Castelli
metadata.dc.contributor.referee2: Novatski, Andressa
metadata.dc.contributor.referee3: Silva, Uéslen Rocha
metadata.dc.contributor.referee4: Fonseca, Eduardo Jorge da Silva
Resumo: Tem sido crescente à busca pelas energias renováveis, dentre elas, a energia solar sem dúvida é uma das mais importantes. Contudo, células solares à base de silício possuem uma baixa eficiência na região Ultravioleta – Visível (UV - VIS), justamente uma região onde o sol emite muita energia. Já nas regiões onde a eficiência deste tipo de célula solar é alta, no infravermelho próximo, as emissões solares não são muito intensas, se comparadas às no ultravioleta e visível. Assim, uma forma de aumentar a eficiência das células solares é utilizar sistemas que possam converter fótons de alta energia (no UV) em fótons de baixa energia (no infravermelho). Um mecanismo que possibilita isto é o chamado quantum cutting (QC). Com este objetivo em mente, sintetizamos aqui nanocristais (NCs) de NaYF4 pelo método de coprecipitação usando etileno glicol como solvente. Eles foram co-dopados com Yb3+ e vários outros terra-raras (TRs = Pr3+, Ho3+ , Er3+ e Tm3+). Foram utilizadas várias concentrações de Yb3+ e TRs visando otimizar o processo de QC. Além destes NCs, utilizamos também NCs de LaF3 (do tipo núcleocasca) co-dopadas com 10 mol% de Yb3+ (no núcleo) e 10 mol% de Nd3+ (na casca) (LaF3:10Yb@LaF3:10Nd). Todos os NCs utilizados foram submetidos a tratamento térmico em 500 ºC por 3 horas. Em todas as amostras foi obtido QC sob excitação no UV com emissão em torno de 1000 nm, proveniente dos íons de Yb3+. Como exemplo da alta eficiência obtida neste processo, nos NCs de NaYF4:0,5Pr3+/10Yb3+ (0,5 mol% de Pr3+ e 10 mol% de Yb3+) obtivemos uma eficiência quântica de QC de 188%. Estudos individuais em cada par de íons (Yb/TR) foram realizados. No entanto, a proposta de utilizar vários íons TRs é de cobrir ao máximo o espectro de absorção solar no UV-Visível e para isso, após esses estudos individualizados dos pares de íons, foram identificadas as amostras mais adequadas/eficientes para fazermos um processo de misturas de pós e assim obter um sistema “perfeito” para absorção do espectro solar com emissão do Yb3+ em torno de 1000 nm. Assim, nossa ideia de usar íons TRs para converter fótons de alta energia (no UV, onde a eficiência de células solares à base de silício é baixa) em fótons de baixa energia (no NIR, onde a eficiência delas é alta) se mostra como uma proposta extremamente interessante para aumentar a eficiência deste tipo de célula solar. Principalmente, considerando o fato de que propomos aqui misturar os NCs em diferentes proporções em peso%, o que é um processo muito mais simples de ser feito do que sintetizar uma nanopartícula com todos estes íons TRs juntos.
Abstract: There has been a growing demand for renewable energy, among them, solar energy is undoubtedly one of the most important. However, silicon-based solar cells have low efficiency in the ultraviolet (UV) region, precisely a region where the sun emits a lot of energy. In the regions where the efficiency of this type of solar cell is high, in the nearinfrared (NIR), solar emissions are not very intense, compared to those in the UV and visible. Thus, a way to increase the efficiency of solar cells is to use systems that can convert high-energy photons (in the UV) into low-energy photons (in the NIR). One mechanism that does this is called quantum cutting (QC). With this goal in mind, we synthesize NaYF4 nanocrystals (NCs) here by the coprecipitation method using ethylene glycol as a solvent. They were co-doped with Yb3+ and several other rare earths (REs = Pr3+, Ho3+, Er3+ and Tm3+). Various concentrations of Yb3+ and REs were used to optimize the QC process. In addition to these NCs, we also use LaF3 (core-shell type) NCs codoped with 10 mol% Yb3+ (in the core) and 10 mol% Nd3+ (in the shell) (LaF3:10Yb@LaF3: 10Nd). All NCs used were subjected to heat treatment at 500 ºC for 3 hours. In all samples, QC was obtained under excitation in the UV with emission around 1000 nm from Yb3+ ions. As an example of the high efficiency obtained in this process, for the NaYF4:0.5Pr3+/10Yb3+ (0.5 mol% of Pr3+ and 10 mol% of Yb3+) we obtained a quantum efficiency of QC of 188%. Individual studies on each ion pair (Yb/RE) were performed. However, the proposal to use several RE ions is to cover as much as possible the solar absorption spectrum in the UV-Visible and for that, after these individualized studies of the ion pairs, the most suitable/efficient samples were identified to make a mixing process of powders and thus obtain a “perfect” system for absorption of the solar spectrum with Yb3+ emission around 1000 nm. Thus, our idea of using REs ions to convert high-energy photons (in the UV, where the efficiency of silicon-based solar cell is low) into low-energy photons (in the NIR, where their efficiency is high) is shown as an extremely interesting proposal to increase the efficiency of this type of solar cell. Mainly, considering the fact that we propose to mix the NCs here in different proportions in weight%, which is a much simpler process to be done than synthesizing a nanoparticle with all these RE ions together.
Palavras-chave: Nanopartículas
Metais terras raras
Quantum cutting
Células solares
Nanocrystals
Rare earth
Solar cell
Down-conversion
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Citação: SOUSA, Michael Ronnes Medeiros de. Quantum cutting em nanocristais fluoretos co-dopados com terras-raras como proposta de otimização de células solares. 2021. 62 f. Tese (Doutorado em Física) – Programa de Pós-Graduação em Física, Instituto de Física, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2021.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/8206
Data do documento: 29-jan-2021
Aparece nas coleções:Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF



Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.