Importante destacar que toda a matéria é composta de átomos. Atómos, por sua vez, são compostos de prótons positivamente carregados, elétrons negativamente carregados e neutrons, neutros.
O número igual de elétrons e protons torna um átomo eletricamente neutro. A energia de cada elétron depende de sua órbita. Elétrons mais afastados do núcleo possuem mais energia que os elétrons mais próximos do núcleo.
O SILÍCIO
O átomo de silício tem 14 elétrons, porém, somente os 4 últimos da camada de valência podem ser compartilhados. Estes quatro últimos elétrons apresentam um papel importante no efeito fotovoltaico.
SISTEMAS FOTOVOLTAICOS E O PROCESSO DE DOPAGEM
Os sistemas fotovoltaicos são capazes de gerar energia elétrica através das chamadas células fotovoltaicas. As células fotovoltaicas são feitas de materiais capazes de transformar a radiação solar diretamente em energia elétrica através do chamado “efeito fotovoltaico”. Hoje, o material mais difundido para este uso é o silício.
Células fotovoltaicas são fabricadas com material semicondutor, ou seja, material com características intermédias entre um condutor e um isolante. O silício apresenta-se normalmente como areia. Através de métodos adequados obtém-se o silício em forma pura. O cristal de silício puro não possui elétrons livres e, portanto é mal condutor elétrico. Para alterar isto acrescentam-se porcentagens de outros elementos. Este processo denomina-se dopagem.
O que é DOPAGEM ?
TIPOS DE SEMICONDUTORES E A INDUÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO
A dopagem do silício com o fósforo obtém-se um material com elétrons livres ou materiais com portadores de carga negativa (silício tipo N). Realizando o mesmo processo, mas agora acrescentado Boro ao invés de Fósforo, obtém-se um material com características inversas, ou seja, falta de elétrons ou material com cargas positivas livres (silício tipo P).
Para induzir o campo elétrico dentro de uma célula fotovoltaica, são intercalados dois semicondutores separados. O "tipo N" e o "tipo P". Embora ambos os materiais sejam eletricamente neutros, o silício tipo-n tem elétrons em excesso e o tipo-p tem lacunas em excesso. Intercalando estes, cria-se uma junção P-N e cria-se um campo elétrico deste modo.
Quando estes dois semicondutores são intercalados, os elétrons em excesso do tipo-n fluem para o semicondutor do tipo-p, e os elétrons que deixaram o tipo-n criam então lacunas no mesmo. (O conceito de uma lacuna mover-se é como o de uma bolha em um líquido. Embora seja o líquido quem esteja se movendo de fato, é mais fácil descrever o movimento da bolha).
Pelo fluxo de elétrons e lacunas, os dois semicondutores agem como uma bateria e criam um campo elétrico na junção P-N. É este campo que fazem os elétrons saltar para a superfície e os faz disponíveis para o circuito elétrico. No mesmo instante, as lacunas se movem para a direção oposta, para a superfície positiva onde elas esperam elétrons livres.
Em uma célula fotovoltaica, os fótons são absorvidos pela parte "P" do semicondutor. É muito importante "afinarmos" o semicondutor tipo-p com as propriedades do fótons que irão entrar na célula afim de "livrar-mos" o máximo de elétrons possíveis. Outro desafio é impedir que os elétrons se encontrem com as lacunas e se recombinem antes deles "escaparem" da célula. Para impedir isto, projetamos o material de forma que os elétrons sejam "liberados" o mais próximo possível da junção, de forma que o campo elétrico possa ajudar a enviá-los para a parte tipo-p e para fora do circuito elétrico. Maximizando todas estar características, nós melhoramos a eficiência de conversão da cela de PV.
A eficiência da conversão luz/eletricidade de uma célula fotovoltaica é a proporção de energia de luz solar que a célula converte a energia elétrica. Isto é muito importante quando discutivos dispositivos fotovoltaicos, porque melhorando esta eficiência podemos fazer com que estes dispositivos tornem-se mais competitivos com as demais fontes de energia.
Sistemas fotovoltaicos e seus fundamentos !
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