O presente estudo relata o aumento da eficiência da célula solar de multijunção usando, como camada de cobertura, vidros GeO2-PbO-Al2O3 dopados com íons de Eu3+ e de Tb3+ (com e sem AgNO3) e codopados com ambos os íons. A influência dos processos de conversão descendente e dos mecanismos de transferência de energia entre os íons de Tb3+ e de Eu3+ foram investigados usando diferentes concentrações de Tb4O7 e Eu2O3. Além disso, os efeitos plasmônicos das nanopartículas de Ag no aumento de eficiência da célula solar também foram estudados e comparados com aqueles promovidos por diferentes concentrações de dopante. As amostras foram produzidas usando o método de fusão, seguido de resfriamento rápido e tratamento térmico do vidro para redução das tensões internas. Foram realizadas caracterizações ópticas, para verificar a interferência dos íons de terras-raras e das nanopartículas nas emissões das amostras, e de microscopia eletrônica de transmissão para a identificação da forma e do tamanho das nanopartículas. Finalmente, as amostras foram colocadas sobre uma célula solar de multijunção que foi submetida à caracterização elétrica para comprovar, experimentalmente, a influência da adição das coberturas vítreas, a fim de determinar o aumento da eficiência do dispositivo fotovoltaico. Neste caso, uma célula solar de junção tripla de InGaP-InGaAs-Ge, com eficiência de conversão de energia de ~31,9%, foi utilizada nos experimentos. A amostra dopada somente com Eu2O3 e AgNO3 promoveu o maior aumento de eficiência de 14,1%, em relação a célula solar sem a cobertura. Por outro lado, observou-se um aumento de 12,9% quando foi usado um vidro dopado com Tb4O7 e AgNO3 como cobertura vítrea. Dentre as amostras codopadas, o aumento de eficiência da célula solar de 10,3% foi alcançado quando coberta pelo vidro preparado com a maior concentração de Eu2O3. Nestes casos, as combinações das maiores intensidades de luminescência e transmitância resultaram na otimização do desempenho da célula solar. Este estudo mostra pela primeira vez a possibilidade de uso dos processos de conversão descendente, dos mecanismos de transferência de energia entre íons de terras-raras e dos efeitos das nanopartículas metálicas em vidros GeO2-PbOAl2O3, demonstrando que são promissores para otimizar a eficiência de células solares de multijunção.

The present study reports the efficiency growth of the multijunction solar cell using, as cover layer, GeO2-PbO-Al2O3 glasses doped with Eu3+ and Tb3+ ions (with and without AgNO3) and co-doped with both ions. The influence of down-conversion processes and energy transfer mechanisms between Tb3+ and Eu3+ ions were investigated using different concentrations of Tb4O7 and Eu2O3. Furthermore, the plasmonic effects of Ag nanoparticles in increasing the efficiency of the solar cell were also studied and compared with those promoted by different doping concentrations. The samples were produced using the melt-quenching method, followed by heat treatment of the glass to reduce internal stresses. Optical characterizations were carried out to verify the interference of rare-earth ions and nanoparticles in the sample emissions, and transmission electron microscopy to identify the shape and size of the nanoparticles. Finally, the samples were placed on a multijunction solar cell that was submitted to electrical characterization to prove, experimentally, the influence of the addition of glass coverings, in order to determine the efficiency enhancement of the photovoltaic device. In this case, an InGaP-InGaAs-Ge triple junction solar cell, with energy conversion efficiency of ~31.9%, was used in the experiments. The sample doped only with Eu2O3 and AgNO3 promoted the highest efficiency increase of 14.1%, with respect to the solar cell without the cover. On the other hand, an increase of 12.9% was observed when a glass doped with Tb4O7 and AgNO3 was used as a glass covering. Among the co-doped samples, solar cell efficiency increase of 10.3% was achieved when covered by the glass prepared with the highest concentration of Eu2O3. In these cases, combinations of higher luminescence and transmittance intensities resulted in optimized solar cell performance. This study shows for the first time the possibility of using downconversion processes, energy transfer mechanisms between rare-earth ions and the effects of metallic nanoparticles in GeO2-PbO-Al2O3 glasses, demonstrating that they are promising to optimize the efficiency of multijunction solar cells.