_Hinrichs_Kleinback

Cap. 11 Eletricidade de Fontes Solares, Eólicas e Hídricas 311
FIGURA 11.2
Artefato para observação do efeito
fotoelétrico. A luz atinge a placa de metal (no
tubo de vácuo) e elétrons são emitidos.
Einstein explicou este efeito ao pressupor que, neste caso, a luz se comporta mais
como uma partícula do que como uma onda. A energia de cada partícula de luz, chamada
de fóton, depende apenas da sua freqüência e é igual a h X f, onde h é uma constante conhecida
como constante de Planck e f é a freqüência da luz. Um elétron em um átomo de
metal é capaz de "capturar" um fóton e obter a energia necessária para escapar se a energia
do fóton exceder a energia de adesão do elétron ao metal. Isto irá acontecer se a freqüência
da luz for grande o bastante ou se o comprimento de onda lâmbda for pequeno o bastante, uma
vez que o comprimento de onda é inversamente proporcional à freqüência. Relembre que
lâmbda X f = c e a velocidade da luz c é igual a 3 x 10 8 m/s.
A maior parte das células solares é feita pelo agrupamento de duas camadas muito
finas de silício cristalino que tenham sido tratadas de uma maneira especial. Normalmente
não existem elétrons livres no silício e, desta forma, o silício é um bom isolante. Por meio
de um processo denominado "dopagem", são adicionadas impurezas ao silício, alterando
suas propriedades e tornando-o um condutor melhor. Se for adicionada uma pequena
quantidade de fósforo, passarão a existir elétrons extras no cristal, produzindo um semicondutor
do tipo n (negativo), no qual a carga da corrente é de elétrons negativos. Se for
adicionado boro, existirão menos elétrons que no silício e, assim, surgirão "buracos" vazios
no cristal — lugares nos quais os elétrons deveriam estar, mas não estão — produzindo
um semicondutor do tipo p (positivo). Estes buracos atuam exatamente como cargas
positivas. Quando estes dois tipos de semicondutores são colocados juntos, eles formam
uma "junção p-n". O rearranjo dos elétrons e buracos nesta junção cria uma barreira para o
fluxo da energia elétrica.
Quando a luz atinge uma célula solar, elétrons e buracos são criados pelo efeito fotoelétrico.
Estas cargas são separadas pela barreira potencial na junção p-n. Se os lados
tipo p e tipo n da célula solar estiverem conectados por um circuito externo, os elétrons
irão fluir para fora do eletrodo localizado no lado tipo n, através de uma carga disponível
para a realização de trabalho útil, e para dentro do lado tipo p, onde se recombinarão com
os buracos.
A Figura 11.3 mostra a montagem de uma célula solar. A fina camada superior geralmente
é feita de silício tipo n com uma espessura de aproximadamente 1 um (10 m).
Nesta camada é anexada um grid condutor, arranjada de forma a evitar que uma grande
parte da luz seja bloqueada. A camada inferior é de silício tipo p com aproximadamente
400 um de espessura; um eletrodo metálico é anexado à sua parte traseira.