Estudo da geração de energia em células orgânicas a partir da iluminação simultânea de ambas as faces

Abstract

As células fotovoltaicas orgânicas (OPV) vem apresentando um crescente destaque por possuírem um grande potencial de produção de baixo custo devido a sua produção mais simplificada em relação à tecnologia convencional. Além disso, os módulos OPV são leves, finos e semitransparentes, ampliando as suas aplicações comerciais. Por serem semitransparentes, as células OPV podem gerar energia a partir de qualquer uma de suas faces, porém somente uma é utilizada para esse fim, sendo a outra parcialmente coberta por um eletrodo metálico. Neste estudo, foi proposto iluminar simultaneamente ambas as faces de um módulo OPV comercial de estrutura PET/ITO/ETL/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Ag analisando a sua geração de corrente e potência. Para isso, foram estudadas as características elétricas nos sentidos de iluminação frontal (pelo ITO) e traseira (pelo eletrodo de Ag) através da obtenção de curvas características, curvas no escuro, monitoramento de geração em operação contínua, ajuste à Equação de Shockley e estudo da corrente fotogerada. Dois módulos OPV comerciais com mesma estrutura e diferentes tamanhos foram utilizados para investigar a influência do aumento da área das células na sua performance. Os experimentos foram realizados em condições reais de temperatura e irradiância e o efeito dessas variáveis ambientais na geração elétrica dos módulos também foi estudado. Além disso, um modelo óptico de multicamadas foi desenvolvido para analisar as componentes incidente, absorvida, refletida e transmitida da luz em cada camada do módulo. A geração com iluminação simultânea e uniforme foi obtida utilizando um concentrador solar V-trough, posicionando o módulo verticalmente entre os espelhos. Foi encontrado que o verso do módulo tem potencial de produzir 60% da energia que é gerada pelo lado frontal. Dentre os 40% de redução de geração elétrica pela parte traseira, 23,5% é proveniente do sombreamento causado pelo eletrodo. Segundo o modelo óptico, não há diferenças significativas entre a energia que incide na camada ativa nos sentidos de iluminação frontal e traseira, mostrando que existem perdas associadas a outros mecanismos. Através da iluminação simultânea de ambas as faces, foi obtido que a produção de corrente aumentou cerca de 60% em relação ao lado frontal, porém a potência aumentou somente 46%. No experimento de iluminação simultânea, o módulo atingiu temperaturas elevadas (acima de 60°C), diminuindo o potencial de acréscimo da produção de energia. Neste estudo, foi verificado um aumento considerável na produção energética de um módulo OPV comercial, aproveitando a sua semitransparência.