Substituição da camada de etileno acetato de vinila (EVA) por compósitos de polidimetilsiloxano (PDMS) com nanoestruturas de sílica mesoporosa (SiO2) em módulos fotovoltaicos de silício

Abstract

A energia solar fotovoltaica ganhou destaque nos últimos anos como uma alternativa para a geração de energia elétrica de forma renovável, contribuindo significativamente para a diversificação da matriz energética e para a redução de impactos ambientais. No entanto, a durabilidade dos módulos ao longo dos anos pode ser prejudicada pela degradação da camada de Etileno Acetato de Vinila (EVA) que é amplamente utilizada na fabricação dos módulos para encapsular e proteger as células solares contra intempéries. Diante da exposição à radiação ultravioleta, os filmes de EVA sofrem amarelamento e reduzem a eficiência dos módulos fotovoltaicos. Neste trabalho, foram produzidos novos encapsulantes a partir de compósitos de Polidimetilsiloxano (PDMS) com nanopartículas de sílica mesoporosa (SiO2) a fim de ampliar a vida útil de módulos fotovoltaicos. Foi realizada a deposição dos compósitos na superfície das células fotovoltaicas por um processo simples de casting, de cura rápida e avaliados processos de envelhecimento acelerado em laboratório. As características dos filmes foram obtidas por espectroscopia UV-Vis, espectroscopia FTIR/ATR, ângulo de contato e medições das características elétricas em Simulador Solar. As nanopartículas atribuíram maior hidrofobicidade, aumentando o ângulo de contato do PDMS de 109,25° até 116,08°, ampliaram em 11,82% a geração de corrente elétrica das células com concentração de 0,27% de SiO2 e reduziram a refletância difusa do polímero. Os filmes demonstraram estabilidade química e durabilidade superior ao EVA. No entanto, foi observado degradação significativa após 3.000h de envelhecimento com redução da transmitância e eficiência.

Photovoltaic solar energy has gained prominence in recent years as a renewable alternative for electricity generation, significantly contributing to the diversification of the energy matrix and the reduction of environmental impacts. However, the long-term durability of photovoltaic modules can be compromised by the degradation of the Ethylene Vinyl Acetate (EVA) layer, which is widely used in module manufacturing to encapsulate and protect solar cells against environmental factors. Upon exposure to ultraviolet (UV) radiation, EVA films undergo yellowing, which leads to a decrease in the efficiency of photovoltaic modules. In this study, novel encapsulants were developed using Polydimethylsiloxane (PDMS) composites incorporated with mesoporous silica (SiO₂) nanoparticles, aiming to extend the service life of photovoltaic modules. The composites were deposited onto the surface of photovoltaic cells through a simple and fast-curing casting process, and were subjected to accelerated aging tests under laboratory conditions. The films were characterized using UV-Vis spectroscopy, FTIR/ATR spectroscopy, contact angle measurements, and electrical performance assessments under a solar simulator. The nanoparticles attributed greater hydrophobicity, increasing the PDMS contact angle from 109.25° to 116.08°, increased the generation of electric current by cells with a concentration of 0.27% SiO2 by 11.82% and reduced the diffuse reflectance of the polymer. The films demonstrated superior chemical stability and durability to EVA. However, significant degradation was observed after 3,000 hours of aging with reduced transmittance and efficiency.