O funcionamento de uma célula fotovoltaica pode ser explicado pelo efeito fotovoltaico, que significa literalmente transformar luz em energia elétrica.
O efeito fotovoltaico só é possível com a utilização de semicondutores como o silício, o arseneto de gálio, o telureto de cádmio ou disseleneto de cobre e índio.
Mais de 80 % de todas as células solares do mundo são de silício, pois o silício é o segundo elemento mais abundante da crosta terrestre, correspondendo aproximadamente 28% da crosta terrestre, perdendo apenas para o oxigênio.
Fonte: Solar Inove, 2021
O silício apresenta-se normalmente como areia, e utilizando-se métodos químicos é possível a obtenção do silício em forma pura, ou seja, o cristal de silício.
Porém, o cristal de silício é um mal condutor, pois não possui elétrons livres. Para tornar o silício um semicondutor é necessário dopa-lo, ou seja, acrescentar impurezas a ele, para que ele deixe de ser estável e apresente lacunas ou elétrons livres.
O Silício com elétrons livres (tipo N) é obtido através do acréscimo de porcentagens de Fósforo.
Fonte: Chrystian Remes, 2016
O Silício com lacunas (tipo P) é obtido através do acréscimo de porcentagens de Boro.
Fonte: Chrystian Remes, 2016
As células fotovoltaicas são compostas por uma camada fina do tipo N e uma camada mais espessa do tipo P. Ao unir as duas camadas passam a existir a formação de um campo elétrico na região de divisa entre as duas camadas, conhecida como região P-N, provocado pela ocupação dos elétrons livres do tipo N nas lacunas do tipo P (GREENPRO, 2004).
Fonte: GREENPRO, 2004
Os fótons, presentes na luz solar, são absorvidos pelos elétrons, fazendo com que as ligações entre elétrons sejam quebradas. Os elétrons libertados são conduzidos pelo campo elétrico para a área “n” e as lacunas criadas seguem para a área “p”. A difusão dos portadores de carga até aos contatos elétricos produz tensão na fronteira da célula solar.
Se não estiver ligada a nenhuma carga é obtida a tensão de circuito aberto na célula solar. Se o circuito elétrico estiver fechado os elétrons são orientados e fluem da camada P para a camada N, produzindo corrente elétrica enquanto os fótons incidirem sobre a placa solar. (GREENPRO, 2004).
Portanto, de maneira simplificada, podemos afirmar que o efeito fotovoltaico é o surgimento de uma tensão elétrica em um material, quando este é exposto à luz visível.
Fontes
GREENPRO. Energia Fotovoltaica – Manual Sobre Tecnologias, Projeto e Instalações. União Europeia: ALTENER, 2004.
JUNIOR, Guilherme Peters; PERUZZO, Ezequias Silveira. CARREGADOR DE DISPOSITIVOS MÓVEIS A PARTIR DE UM MÓDULO FOTOVOLTAICO CONTROLADO POR MPPT. 2019. 131 f. Trabalho de Conclusão de Curso – Faculdade de Engenharia Elétrica da Universidade de Sul de Santa Catarina (UNISUL), Santa Catarina, 2019.
Autores
Ezequias Silveira Peruzzo
Engenheiro Eletricista e Técnico de P&D na Solar Inove.
Guilherme Peters Junior
Engenheiro Eletricista e Analista de Marketing e P&D na Solar Inove.
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