Corte quântico, conversão ascendente e detecção de temperatura ajudam no gerenciamento térmico em células solares à base de silício
Absorção de comprimento de onda curto de Er
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em NaY(WO4 )2 . Espectros de excitação para NaY(WO4 )2 :Er
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dopado com Er
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diferente concentrações monitorando a emissão de 552 nm. Crédito:Light:Ciência e Aplicações (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01365-2 A introdução de materiais de conversão de luz em dispositivos fotovoltaicos à base de silício é uma forma eficaz de melhorar a eficiência de conversão fotoelétrica. Os materiais de conversão de luz incluem materiais de corte quântico e materiais de conversão ascendente.
O objetivo da introdução de materiais de corte quântico é dividir um fóton de comprimento de onda curto em dois ou mais fótons que possam se juntar à conversão fotoelétrica em dispositivos fotovoltaicos à base de silício. A introdução de materiais de conversão ascendente é feita para combinar dois ou mais fótons infravermelhos em um fóton que também pode ser usado para conversão fotoelétrica em dispositivos fotovoltaicos à base de silício.
A introdução de materiais de conversão de luz pode melhorar a eficiência da conversão fotoelétrica sem alterar o desempenho das próprias células solares à base de silício. Este método pode reduzir bastante a dificuldade técnica de melhorar a eficiência dos sistemas fotovoltaicos à base de silício. Além disso, os dispositivos fotovoltaicos à base de silício estão expostos à luz solar, pelo que a sua temperatura deve ser controlada. Gerenciar essa temperatura exige medi-la com antecedência.
No entanto, é possível que se três materiais que podem atingir individualmente corte quântico, conversão ascendente e detecção de temperatura forem introduzidos simultaneamente em células solares à base de silício, isso levará a dificuldades no projeto da estrutura da célula solar e a um aumento desnecessário nos custos do produto. Portanto, encontrar e desenvolver materiais de alto desempenho que combinem as três funções acima é um desafio.
Em um novo artigo publicado em Light:Science &Applications , pesquisadores da Escola de Ciências da Universidade Marítima de Dalian relatam que alcançaram divisão de fotos altamente eficiente, emissão de conversão ascendente infravermelha quase pura e detecção de temperatura adequada para gerenciamento térmico em células solares à base de silício, ajustando as concentrações de dopagem de Er
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e Yb
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em NaY(WO4 )2 fósforo.
O trabalho revela que este material multifuncional é um excelente candidato para aplicação em células solares à base de silício para melhorar a sua eficiência de conversão fotoelétrica e melhorar a sua gestão de calor.
Uma compreensão profunda do mecanismo de corte quântico é significativa para projetar e avaliar os materiais de corte quântico. No entanto, em muitos casos, os processos de corte quântico são complicados. Neste trabalho, os autores descriptografaram cuidadosamente as etapas de divisão de fotos em Er
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/Yb
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co-dopado NaY(WO4 )2 para auxiliar a espectroscopia dependente da concentração de doping e a dinâmica de fluorescência.
A equipe afirma:“Com base nas análises espectroscópicas ópticas, o mecanismo de corte quântico foi descoberto, e o processo de divisão de fótons inclui processos de transferência de energia em duas etapas, a saber,
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S3/2 +
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F7/2
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Eu02/11 +
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F5/2 e
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Eu02/11 +
2
F7/2
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Eu15/2 +
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F5/2 ."
A eficiência do corte quântico pode ser confirmada experimental e teoricamente. No caso ideal, a eficiência de corte quântico medida também é definida como a eficiência quântica interna, mas é diferente da definição tradicional de eficiência quântica interna. A técnica de medição das eficiências quânticas ainda não é satisfatória, uma vez que os resultados da medição são complicados por demasiados factores incontroláveis.
Portanto, a eficiência teórica do corte quântico interno torna-se significativa. Os autores afirmam:"O mecanismo de corte quântico foi descoberto pelas análises espectroscópicas ópticas, e as eficiências de corte quântico foram calculadas em apoio à teoria de Judd-Ofelt, teoria de Föster-Dexter, lei da lacuna de energia." Os autores estimaram as eficiências internas de corte quântico para NaY(WO4 )2 :Er
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/Yb
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levando em consideração transições radiativas, transições não radiativas e transferências de energia, e alcançou uma eficiência de até 173%.
Outro ponto importante deste trabalho é que os pesquisadores alcançaram uma emissão quase pura no infravermelho próximo de Yb
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.
A equipe observa:"Esses mecanismos de conversão ascendente nos dizem que tanto Er
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e Er
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/Yb
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dopado NaY(WO4 )2 os fósforos exibem fortes emissões no infravermelho próximo de
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Eu02/11
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Eu15/2 de Er
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e
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F5/2
2
F7/2 de Yb
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isso indica que os fósforos estudados são bons candidatos à conversão de luz para aplicações em células solares baseadas em silício."
Mais informações: Duan Gao et al, Emissões infravermelhas próximas de corte quântico de alta eficiência (173%) e conversão ascendente de cor quase pura em NaY(WO4)2:Er3+/Yb3+ com capacidade de gerenciamento térmico para células solares baseadas em silício, Light :Ciência e Aplicações (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01365-2 Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências
