Novos nanocompósitos de aerogel de sílica com óxidos de lantanídeos para a emissão de luz branca intensa por conversão ascendente de energia

Abstract

Diversos estudos com óxidos de lantanídeos têm sido realizados visando o desenvolvimento de materiais capazes de realizar eficientemente upconversion ou conversão ascendente de energia pelas suas inúmeras possibilidades de aplicações no ramo da energia fotovoltaica. Esses materiais eficientes serão capazes de aproveitar a grande parte do espectro solar (infravermelho) que é perdido em placas fotovoltaicas convencionais e convertê-lo em luz visível, aumentando a eficiência dessas placas. Assim sendo, o presente trabalho, visou investigar a influência de uma matriz isolante térmica recoberta pelos óxidos PrO2 e Yb2O3 exposta a um laser no infravermelho próximo (NIR) em processos de upconversion. Os óxidos e nanocompósitos de sílica, SiO2/PrO2 e SiO2/Yb2O3, foram sintetizados via método Pechini. Esses materiais exibem uma forte absorção do visível ao NIR, atingindo altas temperaturas sob excitação em 980 nm, com densidades de potência entre 0,5 e 4,5 W cm−2, e emitindo luz branca intensa por radiação térmica (ou de corpo negro). As temperaturas de estado-estacionário, estimadas pela distribuição de corpo-negro (Planck), chegaram a ser superiores a 2000 K para os híbridos de SiO2/Yb2O3 sob baixas pressões. Observou-se ainda que para os híbridos SiO2/PrO2, a concentração dos óxidos não influenciou nas intensidades de emissão, em contraste com os híbridos SiO2/Yb2O3, para os quais a concentração afetou diretamente o aumento da intensidade de emissão para uma mesma densidade de potência de excitação. De modo geral, o aumento da potência de excitação resulta no aumento da temperatura local e consequentemente na intensidade de emissão de banda larga, atribuída à emissão de corpo negro. Para híbridos SiO2/Yb2O3 em determinadas condições, observou-se a formação de micro esferas sob irradiação em 980 nm, que poderia levar a um novo procedimento sintético de óxido de itérbio. Esforços adicionais ainda serão necessários para desenvolver estes novos materiais em aplicações termofotovoltaicas eficientes. Porém, mostrou-se que a incorporação de materiais isolantes térmicos e com elevada estabilidade química ainda mantém viável o processo de emissão térmica intensa fotoinduzida.