Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Térmica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Eduardo Baptista Maldonado

Estágio realizado na CIN-Corporação Industrial do Norte, S.A. e orientado pelo Eng.º José Luís Nogueira / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

En este trabajo se realiza el análisis de datos correspondientes al período de tiempo marzo 2005- marzo 2006 del telescopio de neutrones solares instalado en el Monte Chacaltaya. Este trabajo corresponde a la descripción del telescopio, su funcionamiento, el tratamiento de los datos, las series temporales y simulaciones. Además se realiza la investigación de una fulguración que produce neutrones solares y que se ha observado con detectores instalados en Tierra. El evento fue registrado durante el período de an álisis, que data del 7 de septiembre de 2005, con datos del telescopio de neutrones solares (Universidades de Nagoya-San Andrés) y del monitor de neutrones 12NM64 (Universidad Mayor de San Andrés), ambos ubicados en el Monte Chacaltaya. Se presentan los procesos físicos de las fulguraciones solares, la ecuaci ón de transporte para las partículas generadas, las simulaciones de estos fenómenos en un formato comprensible. Se hace a continuación una descripción de los resultados obtenidos: Se presenta un paquete en lenguaje C de los algoritmos de simulación e integración de las ecuaciones diferenciales utilizadas en este trabajo. Se introduce asimismo un modelo para el decaimiento en función del tiempo para la fulguración del 7 de septiembre de 2005 y se ha dado una explicación con perspectiva general de la generación, transporte y llegada de los flujos de neutrones de origen solar durante las fulguraciones a los detectores de Chacaltaya

Este trabalho apresenta um novo e simples método para determinar os parâmetros elétricos IPH, I0, n, RP e RS (corrente elétrica de irradiância e de escuro, fator de idealidade, resistência série e paralela) de células solares sensibilizadas por corante. Foram montadas células solares sensibilizadas por corantes que foram caracterizadas através de curvas de corrente versus potencial (sob iluminação e no escuro), estas curvas geraram os parâmetros necessários para alimentar o modelo do circuito elétrico que foi posteriormente utilizado para simular o circuito elétrico dos dispositivos e prever seu comportamento em diferentes situações. Para validar o modelo teórico foram montadas células solares variando os seguintes parâmetros: presença da camada de bloqueio/adesiva de TiO2, temperatura de tratamento térmico do filme semicondutor no eletrodo, espessura da camada de TiO2, presença de uma camada de espalhamento de luz e o tipo de sensibilizador. Adicionalmente foram simulados os efeitos da variação de irradiância, temperatura, resistência em série e paralela, fator de idealidade e corrente de escuro. As curvas I x V obtidas através do simulador foram comparadas com às curvas obtidas experimentalmente ou comparadas com a literatura, mostrando uma excelente concordância. / This work, presents a new and simple method for determining the electrical parameters IPH, I0, n, RP and RS in dye sensitized solar cells. Dye sensitized solar cells were assembled and characterized by current versus potential curves (with and without illumination), these I x V curves were used to generate the parameters necessary to feed the electrical circuit simulation software and to generate theoretical curves on the model of a diode. In order to validate the model, dye sensitized solar cells were assembled and the following parameters were evaluated: the effect of a TiO2 blocking/adhesive layer, heat treatment temperature of the semiconductor film at electrode, the thickness of the TiO2 layer, the presence of a light scattering layer and the influence of the sensitizer. In addition, the following effects were simulated: irradiance, temperature, series and shunt resistance, ideality factor and dark current. The I x V curves obtained by simulation were compared to the experimental curves and data from the literature, showing a very good fitting.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2002 / Made available in DSpace on 2012-10-19T16:33:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 276261.pdf: 2834007 bytes, checksum: 2d283b41a5164cf2e0b6cada9ad0c612 (MD5) / Este trabalho apresenta uma análise da otimização de cinco coletores solares de placa plana a termossifão, com o objetivo de avaliação do seu rendimento térmico e de sua eficiência energética para cada um dos modelos montados, através de ensaio à temperatura ambiente, pelo período de 120 (cento e vinte ) dias. Para tanto, foi montado uma bancada de testes que contém cinco tipos diferentes de coletores, preocupando-se em manter constantes suas áreas, usando-se o mesmo depósito de água fria e também mantendo se constante o volume do reservatório de água quente. Além disso, os metais empregados, os isoladores e a maneira de montar também foram mantidos constantes, mudando-se apenas as características construtivas interiores dos coletores. A modelação dos sistemas é apresentada em detalhes, considerando as equações da conservação de energia, equação de transferência de energia (temperatura) através da convecção, condução, radiação (processos e propriedades) e radiação ambiental (solar). Os resultados experimentais obtidos de cada coletor são avaliados entre si, para a determinação do melhor modelo quanto aos aspectos físicos de montagem, eficiência energética no aquecimento de água e o rendimento térmico dos mesmos. / This work presents an analysis of otimization of five collectors solar of plane the termossifon, with the objective of evaluation fo its thermal revenue and of its energy efficiency for each one of the mounted models, through rehearsal to the temperature sets, for the period of the 120 days. For so much, it was set up a supported of tests that you they count five types different from collectors, worrying in maintaining its constant areas, being used the same deposit of cold water and also staying constant the body of the reservoir of hot water. Besides, the metals employees, the insulators and the way to set up were also maintained constant, just moving the characteristics constructive interiors of the collectors. The modelação of the systems is presented in details, considering the equations of conservation of energy, equation of transfer of energy (temperature) through the convection, conduction, radiation (processes and properties) and environmental radiation (solar). The obtained experimental results of each collector are to each other appraised, for the determination fo the best model with relationship to the physical aspects of assembly, energy efficiency in the heating of water and the thermal revenue of the same ones.

Made available in DSpace on 2018-07-27T18:26:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-24. Added 1 bitstream(s) on 2018-07-27T18:30:34Z : No. of bitstreams: 1 000871485.pdf: 4448809 bytes, checksum: 076304fcbd569aa83db5f6ca2b2bbcff (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Os derivados de 4H-cromemos constituem uma importante classe de produtos naturais, e o interesse em sua química se dá por conta dos inúmeros efeitos biológicos e farmacêuticos, assim como sua utilização como intermediários nas sínteses de inúmeros produtos naturais e reagentes medicinais. Esses derivados podem ser obtidos através das reações multicomponentes (RMC). As RMC's ocorrem entre três ou mais reagentes em uma única etapa reacional, ao mesmo tempo frasco. São reações com economia de tempo e energia. O pentacloreto de nióbio é um ácido de Lewis forte, que apresenta grande aplicabilidade em reações orgânicas, incluindo as reações multicomponentes. Dentre os diversos métodos de síntese de derivados de 4H-cromenos, desenvolveu-se neste trabalho a síntese através da reação multicomponente entre derivados de benzaldeído, 3,5-dimetóxifenol e acetoacetato de metila, utilizando pentacloreto de nióbio como ácido de Lewis. As reações foram realizadas a temperatura ambiente, sob atmosfera inerte (n2) e utilizando diclorometano anidro (CH2Cl2) como solvente, com um tempo reacional de 72 horas. Os produtos obtidos foram isolados por coluna cromatográfica em sílica gel e submetidos a análises de caracterização estrutural, fotoquímica e fotofísica para um estudo de sua potencial aplicação como corantes sensibilizadores de dispositivos fotoeletroquímicos de Gratzel. A análise dos resultados obticos demonstram que o pentacloreto de nióbio é um bom promotor da reação multicomponente, obtendo-se bons rendimentos (62 a 91%) / 4H-chromete derivatives constitute an important class of natural products, and the the interest in its chemical occurs because of the numerous biological and pharmaceutical effects, as well their use a intermediates in the synthesis of numerous natural products and medicinal reagents. These derivatives can be obtained thorugh the multicomponent reactions (MCR). The MCR's occur between three or more reagents in one reaction step only, in the same pot. These reactions have time and energy saving. The niobium pentachloride is strong Lewis acid, which has wide applicabiblity in organic reactions, including multicomponent reactions. Among, the various methods of synthesis of 4H-chromene derivatives, developed in this work, the synthesis by multicomponent reactions between benzaldehyde derivatives, 3,5-dimethoxyphenol and methyl acetoacetate, using niobium pentachloride as the Lewis acid, is described. The reactions were carried out at room temperature, under inert atmosphere (N2), using dichloromethane anhydrous (CH2Cl2) as solvent with a reaction time of 72 hours. The obtained products were isolated by column chromatography on silica gel and subject to analysis of structural characterization, photophysics and photochemistry for a study of their potential use as sensitizing dyes of Gratzel photoelectrochemical devices. Our results show that niobium pentachloride is a good promoter to multicomponent reaction studied, obtaining high yields (62-91%)

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000412121-Texto+Completo-0.pdf: 4192432 bytes, checksum: e96fb8405d1fb6d4079ef00d63c59d4b (MD5) Previous issue date: 2009 / The aim of this work was to develop and analyze back surface fields (BSF) produced by evaporated aluminum diffused in a belt furnace. Two fabrications processes were developed to produce p-type Czochralski grown silicon solar cells with n+ emitter obtained by phosphorus diffusion based on POCl3. The objective of the first process was to develop silicon solar cells with BSF produced by simultaneous Al diffusion and metal paste firing in belt furnace, for cells with n+ emitters formed at 875 ºC and 900 ºC. In this process, temperature of aluminum diffusion was the analyzed parameter. In the second process, aluminum diffusion was performed at 900 ºC before metal firing and belt speed was experimentally optimized. Besides, temperature of metal firing was also optimized. For the first process, best results were obtained for phosphorus emitter diffused at 875 ºC and aluminum diffusion/metal firing at 920 ºC. The higher efficiency was 13. 5 %, with short-circuit current density (Jsc) of 31. 9 mA/cm2 and open-circuit voltage (Voc) of 556 mV. In the second process, with a belt speed of 150 cm/min and metal firing at 880 °C was processed a 15. 2 % efficient solar cell, with Jsc = 34. 0 mA/cm2 and Voc = 578 mV, results slightly below the 15. 8 % observed in cells with aluminum BSF produced in conventional furnaces at NTSolar. By evaluating the three solar cells processed in the second fabrication sequence, the efficiency is higher than 14. 3 %, similar to that of the world industrial silicon solar cells. The diffusion of Al performed on belt furnaces can be an approach to reduce fabrication costs. / Este trabalho tem por objetivo desenvolver e analisar o campo retrodifusor (back surface field- BSF) formado por alumínio depositado por evaporação e difundido em forno de esteira, avaliando a eficácia do BSF”. Foram desenvolvidos dois processos de fabricação de célula solares em substrato de silício crescido pela técnica Czochralski (Cz), tipo p, com emissor n+ formado por POCl3. O primeiro processo centrou-se no desenvolvimento de células solares com campo retrodifusor com difusão de alumínio e queima das pastas metálicas simultaneamente no forno de esteira, para as temperaturas de difusão de fósforo de 875 °C e 900 °C. Neste processo, variou-se a temperatura de difusão do alumínio e queima das pastas metálicas. No segundo processo desenvolvido otimizou-se experimentalmente o campo retrodifusor com alumínio difundido em forno de esteira a uma temperatura de 900 °C, antes da queima de pasta variando-se a velocidade da esteira e a temperatura de queima das pastas metálicas. No primeiro processo os melhores resultados foram encontrados para a temperatura de difusão de fósforo de 875 °C com a temperatura de difusão de Al e queima das pastas metálicas de 920 °C. A máxima eficiência foi de 13,5 %, com densidade de corrente elétrica de curto-circuito (Jsc) de 31,9 mA/cm2 e tensão de circuito aberto (Voc) de 556 mV. No segundo processo, com a velocidade da esteira durante a difusão do alumínio de 150 cm/min a uma temperatura de queima das pastas metálicas de 880 °C foi processada uma célula solar de 15,2 % eficiência com Jsc de 34,0 mA/cm2 e Voc de 578 mV. Este valores são próximos ao valor da melhor célula solar processada no NT- Solar com difusão de Al em forno convencional, cuja eficiência foi 15,8 %. Analisando também as três melhores células deste processo, a eficiência é superior a 14,3 %, valor similar à média mundial de células industriais. Este processo de difusão no forno de esteira pode proporcionar uma redução no custo de fabricação.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000434556-Texto+Parcial-0.pdf: 1369683 bytes, checksum: f99358643c6291a4c1fd0bae8edb9536 (MD5) Previous issue date: 2011 / The objective of this dissertation is to analyze the influence of the texture etching and the metal paste firing process on industrial silicon solar cells. In order to implement the metal grid of solar cells by screen-printing, a thermal step to fire metal paste is carried out. During this process, the paste has to be fired through the antireflecting layer to establish the ohmic contact to the silicon wafer. However, the firing process may change the properties of the antireflection film and the electrical characteristics of the cells. To analyze the impact of this thermal step on antireflecting coatings, TiO2, Ta2O5 and Si3N4 films were deposited, by evaporation at high vacuum with electron beam, on textured silicon wafers, coated and uncoated with a 10 nm thick passivating SiO2 layer. The thin film thickness was set taking into account the minimum reflectance at 550 nm and temperature and belt speed of the furnace was varied. It was observed that the average reflectance increased from 0. 5% to 1. 5% to TiO2 and Ta2O5 and, for Si3N4 films, from 1. 0% to 2. 3%, shifting the minimum reflection to smaller wavelengths. Concerning the process to obtain micropyramids on the surfaces, process was optimized taking into account the average reflectance. To check the influence of the antireflection film thickness in the solar cell electric characteristics, n+pn+ solar cells were manufactured / O objetivo desta tese é analisar a influência do ataque anisotrópico e do processo de queima de pastas metálicas em células solares industriais. Para implementar a malha metálica em células solares por serigrafia é realizado um passo térmico de queima de pastas metálicas. Durante este processo, a pasta de prata deve perfurar o filme antirreflexo para estabelecer o contato elétrico com a lâmina de silício. Porém, este processo pode alterar as propriedades do filme antirreflexo e as características elétricas das células solares. Para analisar o efeito deste passo térmico nos filmes antirreflexo, depositaram-se, por evaporação em alto vácuo com canhão de elétrons, TiO2, Ta2O5 e Si3N4 sobre as lâminas de silício texturadas, com e sem camada passivadora de SiO2 de 10 nm. As espessuras dos filmes foram definidas considerando a reflexão mínima em 550 nm e variaram-se a temperatura e velocidade da esteira do forno usado na queima de pastas. Observou-se que a refletância média aumentou de 0,5% a 1,5% para os filmes de TiO2 e Ta2O5 e de 1,0% a 2,3% para o filme de Si3N4, deslocando a refletância mínima para comprimentos de ondas menores. Concluiu-se que devem ser depositados filmes de maior espessura para compensar estas mudanças na refletância. Em relação ao processo para formação de micropirâmides nas superfícies, o processo foi otimizado usando a refletância média como parâmetro. Para verificar a influência da espessura do filme de TiO2 nas características elétricas de células solares, foram fabricados dispositivos com estrutura n+pn+.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:55:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000444962-Texto+Completo-0.pdf: 1192335 bytes, checksum: 99f2c1e4c50a70affaa97a11bf6d814e (MD5) Previous issue date: 2012 / In this work we compared the antireflection coatings of titanium dioxide and silicon nitride for p+nn+ solar cell fabrication. This type of solar cell is more stable in the long term compared to n+pp+ cells and allows obtaining higher efficiencies. TiO2 films were produced by evaporation in high vacuum by electron beam and by chemical vapor deposition at atmospheric pressure (APCVD). The silicon nitride antireflection layer was obtained by reactive sputtering and by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The films were deposited on textured silicon wafers and were characterized by measuring the spectral reflectance. Solar cells with these films were fabricated and characterized. The deposited films presented very low weighted reflectance, of around 1. 8 % for silicon nitride films and 2. 6 % for titanium dioxide ones, for any technique used. The lowest average weighted reflectance was obtained with SiNx:H thin films deposited by PECVD, with (1. 93 ± 0. 08) %.Concerning the homogeneity of the films, silicon nitride films presented the lowest standard deviation in the average weighted reflectance, of around 4 % relative. A thermal process performed at 840 °C in a belt furnace modifies the average weighted reflectance of about 0. 3 % to 0. 6 % absolutes for silicon nitride and TiO2 films, respectively. The p+nn+ solar cells doped with boron and phosphorus and metallized by screen printing reached the highest efficiencies where manufactured by using silicon nitride antireflection coating deposited by PECVD. The maximum efficiency of 13. 7 % and an average of (13. 5 ± 0. 2) %, were achievied mainly because they showed a short circuit current density of around 1 mA/cm2 above that from solar cells with the other films investigated in this work. This difference is attributed not only to a low reflectance but also to a better surface passivation of SiNx:H layer. / Neste trabalho foram comparados os filmes antirreflexo de dióxido de titânio e de nitreto de silício para fabricação de células solares p+nn+. Este tipo de célula solar é mais estável em longo prazo em relação às células n+pp+ e permite a obtenção de maiores eficiências. Os filmes de TiO2 foram produzidos por evaporação em alto vácuo com canhão de elétrons e por deposição química em fase vapor a pressão atmosférica (APCVD). A camada antirreflexo de nitreto de silício foi obtida por sputtering reativo e por deposição química em fase vapor assistida por plasma (PECVD). Os filmes foram depositados em lâminas de silício texturadas e caracterizados pela medida da refletância espectral bem como foram fabricadas e caracterizadas células solares com os filmes. Os filmes depositados apresentaram refletância média ponderada bastante baixas, da ordem de 1,8 % para filmes de nitreto de silício e de 2,6 % para filmes de óxido de titânio, não interessando a técnica utilizada. A menor média de refletância ponderada foi obtida com os filmes de SiNx:H depositados por PECVD, com (1,93 ± 0,08) %.No que se refere a homogeneidade dos filmes, os filmes de nitreto de silício foram os que apresentaram o menor desvio padrão nas médias de refletância ponderada, da ordem de 4 % relativo. Observou-se que um processo térmico realizado a 840 °C em forno de esteira provocou variações na refletância média ponderada da ordem de 0,3 % a 0,6 % absoluto para filmes de nitreto de silício e de TiO2, respectivamente. As células solares p+nn+, dopadas com boro e fósforo e metalizadas por serigrafia que atingiram as maiores eficiências foram as fabricadas com nitreto de silício depositado por PECVD, atingindo a eficiência máxima de 13,7 % e média de (13,5 ± 0,2) %, principalmente porque apresentaram uma densidade de corrente de curtocircuito da ordem de 1 mA/cm2 superior a de células solares com os demais filmes estudados nesta dissertação. Esta diferença foi atribuída não somente a uma menor refletância mas também a passivação de superfície mais eficaz do filme de SiNx:H.

Este trabalho apresenta um novo e simples método para determinar os parâmetros elétricos IPH, I0, n, RP e RS (corrente elétrica de irradiância e de escuro, fator de idealidade, resistência série e paralela) de células solares sensibilizadas por corante. Foram montadas células solares sensibilizadas por corantes que foram caracterizadas através de curvas de corrente versus potencial (sob iluminação e no escuro), estas curvas geraram os parâmetros necessários para alimentar o modelo do circuito elétrico que foi posteriormente utilizado para simular o circuito elétrico dos dispositivos e prever seu comportamento em diferentes situações. Para validar o modelo teórico foram montadas células solares variando os seguintes parâmetros: presença da camada de bloqueio/adesiva de TiO2, temperatura de tratamento térmico do filme semicondutor no eletrodo, espessura da camada de TiO2, presença de uma camada de espalhamento de luz e o tipo de sensibilizador. Adicionalmente foram simulados os efeitos da variação de irradiância, temperatura, resistência em série e paralela, fator de idealidade e corrente de escuro. As curvas I x V obtidas através do simulador foram comparadas com às curvas obtidas experimentalmente ou comparadas com a literatura, mostrando uma excelente concordância. / This work, presents a new and simple method for determining the electrical parameters IPH, I0, n, RP and RS in dye sensitized solar cells. Dye sensitized solar cells were assembled and characterized by current versus potential curves (with and without illumination), these I x V curves were used to generate the parameters necessary to feed the electrical circuit simulation software and to generate theoretical curves on the model of a diode. In order to validate the model, dye sensitized solar cells were assembled and the following parameters were evaluated: the effect of a TiO2 blocking/adhesive layer, heat treatment temperature of the semiconductor film at electrode, the thickness of the TiO2 layer, the presence of a light scattering layer and the influence of the sensitizer. In addition, the following effects were simulated: irradiance, temperature, series and shunt resistance, ideality factor and dark current. The I x V curves obtained by simulation were compared to the experimental curves and data from the literature, showing a very good fitting.