Como funcionam as células fotovoltaicas

Efeito Fotovoltaico

O efeito fotovoltaico é a geração de d.d.p. (diferença de potencial [elétrico]), ou mais comumente, voltagem ou tensão, a partir da incidência da radiação solar sobre uma célula fotovoltaica.

A radiação solar é composta de radiação eletromagnética (luz visível, entre o infra-vermelho e o ultra-violeta, e invisível) e partícula de matéria, o fóton.

A radiação solar atinge uma célula fotovoltaica com luz e partícula, mas é a parte matéria da radiação solar que é capaz de produzir o efeito fotovoltaico no material semicondutor da célula fotovoltaica.

E de que é feita uma célula fotovoltaica? Ela é feita de finas camadas de materiais semicondutores, do tipo N (negativo) e do tipo P (positivo). Não vou entrar em detalhes aqui sobre semicondutores, mas basicamente são cristais de silício, que possuem moléculas organizadas na forma de cristais, que se reorganizam quando há passagem de corrente elétrica, fazendo com que estes materiais somente conduzam a corrente elétrica em um único sentido (de P para N ou de N para P), daí o nome semi=metade. Exemplos de semicondutores são os diodos e transistores. Fazendo uma analogia com a mecânica (hidráulica), os diodos são como as válvulas de retenção ou check-valves.

No caso das células fotovoltaicas, são duas películas sobrepostas de materiais semicondutores feitos de silício. Eles são dopados com boro e fósforo para a obtenção dos semicondutores tipo P e tipo N.

Os semicondutores tipo N possuem excesso de elétrons que têm a capacidade de se movimentar dentro do material, da mesma forma o semicondutor do tipo P tem falta de elétrons (ou excesso de buracos) que têm a capacidade de se movimentar dentro do material.

Agora ficou simples compreender! Quando um fóton atinge a célula fotovoltaica (material tipo N, face voltada para o sol), ele faz um elétron se movimentar em direção ao buraco no semicondutor do tipo P. Muitos fótons fazem muitos elétrons se movimentarem, alterando assim o equilíbrio elétrico da célula e gerando uma d.d.p. ou voltagem. Se um aparelho (ou carga) for ligado à essa d.d.p, haverá então uma corrente elétrica que irá durar enquanto durar a incidência da radiação solar. Cessando a radiação, cessam o efeito fotovoltaico, a d.d.p e a corrente elétrica.

O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez por Alexandre-Edmond Becquerel em 1839.