Estabilização contra fotodegradação do co-polímero EVA por adição de nanopartículas de α- Al2O3/quartzo irradiado com raios gama para uso fotovoltaico / Estabilização contra fotodegradação do co-polímero EVA por adição de nanopartículas de α- Al2O3/quartzo irradiado com raios gama para uso fotovoltaico

Igor Alessandro Silva Carvalho

As células solares precisam ser protegidas contra agressões do ambiente, caso contrário a eficiência de conversão fotovoltaica é reduzida. Para tanto, as células solares são encapsuladas. A radiação ultravioleta é a principal causa da degradação dos polímeros encapsulantes de módulos fotovoltaicos. A nanotecnologia tem muito a contribuir para a proteção desses polímeros contra a fotodegradação. Nanopartículas de quartzo irradiado são indicadas como estabilizadoras contra fotodegradação em função da absorção da radiação ultravioleta promovida por elas. Neste trabalho, nanopartículas de quartzo irradiado e não irradiado com raios gama foram preparadas por moagem compressiva progressiva em moinho planetário com bolas de α-Al2O3. Também foram preparados compósitos de EVA/nanopartículas de quartzo para investigar a estabilização desse polímero encapsulante frente ao envelhecimento artificial acelerado em câmara de degradação por UV durante 700h. Para as nanopartículas de quartzo, foram encontrados tamanhos médios de (62)x10nm e 255nm por 40 e 80h de moagem respectivamente. A composição química dessas nanopartículas foi obtida por espectroscopia de emissão ótica com plasma acoplado e medidas de difração de raios X (DRX), nas quais as principais contaminações identificadas foram compostos de Al e Fe. Os resultados de DRX demonstraram uma pressão máxima de 337MPa para as amostras não irradiadas e 300MPa para as irradiadas. Esses valores são significativamente menores do que valores relatados na literatura para o preparo de nanopartículas. O comportamento ótico das nanopartículas foi caracterizado por espectroscopia de UV-vis-NIR. Essas absorções foram atribuídas principalmente aos centros de cor [AlSiO4]- do quartzo criados pela irradiação e ao centros de cor F e F + da α-Al2O3 residual em função da cominuição. Os resultados também demonstraram a criação dos centros [AlSiO4]- pela cominuição sem irradiação. As espécies contribuintes para a criação dos centros de cor foram determinadas por espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). As absorções óticas foram principalmente associadas a correlações entre os centros [AlSiO4]-, mobilidade de h+ na rede cristalina do quartzo e compensação de carga por Na+, H+ e Li+. Em materiais encapsulantes de células solares, a transmissão da luz não deve reduzir a eficiência de conversão a partir da absorção da luz. Foi encontrada uma similaridade na absorção ótica total na região do ultravioleta para ambos os tipos de nanopartículas, com os maiores valores de transmissão característicos das nanopartículas de quartzo irradiado e cominuído por 80h. Esse comportamento ótico foi investigado por análise de mudanças estruturais durante a cominuição de cristais irradiados e não irradiados que estão associadas à transmissão da luz. Espalhamento Raman, DRX e microscopia eletrônica de transmissão (MET) foram utilizadas para a realização dessas caracterizações. O valor da intensidade integrada do principal plano cristalino do quartzo (101) foi significantemente reduzido para amostras irradiadas e cominuídas por 80h, alcançando valores até 50% menores se comparados às mesmas amostras cominuídas por 40h. A constante de rede (d = 3,34) e o volume da célula unitária (V ~ 113 Å) permaneceram constante, sugerindo nenhuma deformação das espirais de SiO4 do tetraedro ao longo do eixo c do quartzo. Os resultados demonstraram uma distribuição de partículas com estruturas predominantemente amorfas e predominantemente cristalinas. Partículas com maior desordem superficial foram produzidas pela associação da irradiação do quartzo e cominuição por 80h. Essa maior desordem estrutural foi associada à maior transmissão de luz na região do visível e infravermelho. Dentre os compósitos de EVA/nanopartículas, conclui-se que os que foram preparados pela mistura do EVA com nanopartículas de quartzo irradiado e cominuídas por 80h apresentaram a melhor estabilização frente à fotodegradação.

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