Célula Fotovoltaica

Efeito Fotovoltaico

O efeito fotovoltaico foi descoberto por Becquerel em 1839, quando observou que ao iluminar uma solução ácida surgia uma diferença de potencial entre os eletrodos imersos nessa solução. Em 1876, W.G. Adams e R. E. Day observaram efeito similar em um dispositivo de estado sólido fabricado com selênio. Os primeiros dispositivos que podem ser denominados de células solares ou células fotovoltaicas foram fabricados em selênio e desenvolvido por C. E. Frits em 1883. Nos anos 1950, ou seja, mais de 110 anos após a descoberta de Becquerel, foram fabricados nos laboratórios Bell, nos Estados Unidos, as primeiras células fotovoltaicas baseadas nos avanços tecnológicos na área de dispositivos semicondutores. Estas células fotovoltaicas foram fabricadas a partir de lâminas de silício cristalino e atingiram uma eficiência de conversão de energia solar em elétrica, relativamente alta para a época, de 6%, com potência de 5mW e área de 2cm2.

Diversas tecnologias de fabricação de células fotovoltaicas foram desenvolvidas nos últimos 60 anos e as células fotovoltaicas fabricadas a partir de lâmina de silício cristalino (monocristalino e policristalino) dominam o mercado mundial atualmente. Esta tecnologia vem respondendo sempre por mais de 81% da produção mundial desde 2000, e em 2011 atingiu 87,9% deste mercado. As outras tecnologias comercializadas são basedas em filmes finos de telureto de Cádmio (CdTe), disseleneto de cobre, índio de gálio (CIGS), silício amorfo hidrogenado (a-Si:H), silício microcristalino e silício crescido em fitas (Si-fitas). Células fotovoltaicas multijunção de alta frequência, células baseadas em corantes (DSSC – Dye Sensitized Solar Cells) ou polímeros estão sendo desenvolvidas.

Fonte: Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos (CEPEL-DTE-CRESEB 2014)

Sistema Conectado à Rede

Célula Fotovoltaica de Silício Monocristalino. Estes dispositivos são fabricados com material semicondutor. As tecnologias mais utilizadas são de materiais de Silício monocristalino (m-Si) e Policristalino (p-Si), que representam mais de 85% do mercado.

Estrutura básica de uma célula fotovoltaica de silício destacando (1) a região tipo n; (2) região tipo p; (3) zona de carga espacial, onde se formou a junção pn e o campo elétrico; (4) geração de par elétrons-lacuna; (5) filme antireflexo; (6) contatos metálicos.