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Painéis fotovoltaicos de energia solar

Efeito fotovoltaico

Efeito fotovoltaico

O efeito fotovoltaico é o efeito fotoelétrico caracterizado pela produção de uma corrente elétrica entre duas peças de material diferente que estão em contato e expostas à luz ou, em geral, à radiação eletromagnética.

O efeito fotovoltaico consiste em converter a luz solar em energia elétrica por meio de células fotovoltaicas

Onde é usado o efeito fotovoltaico?

O efeito fotovoltaico é usado em energia solar fotovoltaica. Especificamente nas células fotovoltaicas dos painéis solares.

Os materiais semicondutores (como o silício) têm a distinção de exibir comportamentos diferentes em relação à eletricidade. O comportamento dos semicondutores depende se uma fonte de energia externa os excita ou não.

Esta fonte de energia seria radiação solar.

Células fotovoltaicas

As células fotovoltaicas são dispositivos semicondutores feitos de silício puro com a adição de impurezas de certos elementos químicos. As células geram eletricidade em corrente contínua, usando a radiação solar como fonte.

As células são montadas em série em painéis fotovoltaicos ou módulos solares para obter uma voltagem adequada. Parte da radiação incidente é perdida pela reflexão (saltos) e parte pela transmissão (passa pela célula). O restante é capaz de pular elétrons de um invólucro para outro, criando uma corrente proporcional à radiação incidente.

Como é produzido o efeito fotovoltaico?

O efeito fotovoltaico inicia no momento em que um fóton atinge um elétron da última órbita de um átomo de silício. Este último elétron é chamado elétron de valência. Ele recebe a energia com a qual o fóton viajou.

O fóton não é outra coisa senão uma partícula de luz radiante.

Se a energia adquirida pelo elétron excede a força atrativa do núcleo (energia de valência), ela deixa sua órbita e fica livre do átomo e, portanto, pode viajar através do material. Neste momento, diríamos que o silício se tornou um condutor (banda de condução). Para fazer isso, a força de impacto de um fóton precisa ser de pelo menos 1,2 eV.

efeito fotovoltaico

Corrente elétrica

Cada elétron liberado deixa para trás um buraco, ou espaço livre, até que seja ocupado por um elétron que pulou de outro átomo. Esses movimentos dos elétrons liberados ou dos espaços que eles deixam para trás são chamados de cargas elétricas.

Essa corrente de encargos pode alcançar os contatos e sair do material para realizar um trabalho útil. Para que isso aconteça constantemente e regularmente, é necessário haver um campo elétrico de polaridade constante. Este campo polariza as partículas e age como uma verdadeira bomba que aciona os elétrons em uma direção e os orifícios na direção oposta.

Nas células solares convencionais, o campo elétrico (0,5 V) é formado graças a uma junção PN, ou seja, uma área do material possui excesso de elétrons (carga negativa), enquanto a outra falta deles (carga positiva). ), de modo que quando um elétron é liberado, ele é impulsionado através do material para os condutores de prata, com baixa resistividade.

Se a energia adquirida pelo elétron excede a força atrativa do núcleo (energia de valência), ela deixa sua órbita e fica livre do átomo e, portanto, pode viajar através do material. Neste momento, diríamos que o silício se tornou um condutor (banda de condução) e, para isso, é necessário que a força de impacto de um fóton seja de pelo menos 1,2 eV.

Importância dos fótons no efeito fotovoltaico

Os fótons correspondentes a pequenos comprimentos de onda (radiação ultravioleta) são mais energéticos (2 a 3 elétron- volts) do que aqueles que correspondem a comprimentos de onda mais longos (radiação infravermelha).

Cada material semicondutor possui uma energia mínima que permite que os elétrons sejam liberados de seus átomos. Essa energia corresponderá aos fótons de uma determinada faixa de frequência (intervalo) que vão daqueles associados ao ultravioleta até as cores visíveis, exceto o vermelho, que já possui uma energia associada inferior a 1,2 elétron- volts.

Por que nem todos os fótons são convertidos em eletricidade?

Nem todos os fótons atingem o objetivo de separar elétrons. Isso ocorre porque atravessar o material sempre implica uma certa perda de energia. Essa perda de energia implica que, no momento da colisão, alguns fótons já perderam muita energia para deslocar um elétron. Essas perdas de não absorção dependem apenas das propriedades do material e são inevitáveis.

Da mesma forma, há uma porcentagem de fótons que passam pela folha de semicondutores sem colidir com nenhum elétron, e outros que iluminam a superfície do material e são refletidos (perdas por reflexão). Essas perdas podem ser reduzidas através de tratamentos anti-reflexos na superfície da célula fotovoltaica. Nestes casos, o efeito fotovoltaico não ocorreria.

A geração de um par elétron-buraco é alcançada apenas para cada fóton com energia cinética maior que a energia mínima (gap) que consegue penetrar no material e parar com um elétron de valência.

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Data de publicação: 13 de maio de 2015
Última revisão: 3 de maio de 2020