Entenda o Efeito Fotovoltaico e a Energia Solar

A energia solar fotovoltaica é proveniente do Efeito Fotovoltaico, ou seja, a conversão direta da luz solar em eletricidade. Esse fenômeno foi observado pela primeira vez em 1839, pelo físico francês Alexandre Edmond Becquerel, ao iluminar uma solução ácida, onde foi observado o surgimento de uma diferença de potencial entre eletrodos imersos na solução. Porém, esse efeito só foi confirmado em 1887 por Heinrich Hertz (CRESESB, 2014).

O efeito fotovoltaico implica o aparecimento de uma diferença de potencial nos terminais de uma célula eletroquímica causada pela absorção de luz. Essa célula é mais conhecida como célula fotovoltaica, formada por um material semicondutor (CRESESB, 2014).

Viana (2012) define esse processo: “A DDP surge devido à formação de pares elétron-lacuna dentro do material. Os elétrons fotogerados são movidos para o material N (terminal negativo) e as lacunas em direção ao terminal P (terminal positivo)”. Esses elétrons circulam pelo circuito externo e se recombinam com as lacunas.

Os materiais semicondutores são caracterizados por possuírem bandas de energia, separadas por lacunas. Para uma temperatura muito baixa, aproximadamente em 0 K, a banda de condução — ou seja, o nível mais próximo do Nível de Fermi, onde os elétrons se tornam livres — fica totalmente vazia, e a banda de valência fica totalmente preenchida. Ao aquecer o material semicondutor, alguns elétrons migram da banda de valência para a banda de condução devido ao ganho de energia proveniente desse aquecimento, o que mostra que esses materiais aumentam sua condutividade conforme aumenta a sua temperatura. Além disso, os semicondutores são excitados pelos fótons, ou seja, partículas microscópicas que compõem a luz (SOUZA, 2014).

Para realizar a preparação de uma célula fotovoltaica, é necessário atingir uma ligação estável com o material semicondutor, através de alterações na sua rede cristalina por processos de dopagem, ou seja, a adição de impurezas químicas elementares no elemento semicondutor puro, o que faz com que um elétron fique livre e salte da banda de valência para a banda de condução. Nesse tipo de dopagem, a impureza adicionada é conhecida como doadora de elétrons e é classificada como dopante n (SOUZA, 2014).

No caso do silício, por exemplo, ao dopar com materiais como Alumínio ou Boro, que possuem três elétrons na camada de valência, faltará apenas um elétron para a criação de uma ligação covalente, ou seja, ligação entre átomos através do compartilhamento de elétrons. Esse espaço resultante da falta de um elétron na dopagem, chamado de lacuna, se comporta como uma carga positiva. Essa lacuna é facilmente ocupada por um elétron de uma ligação vizinha na temperatura ambiente. Nesse tipo de dopagem, a impureza adicionada é conhecida como aceitadora de elétrons e é classificada como dopante p (SOUZA, 2014).