O que são células solares de silício?

As células solares são dispositivos que convertem energia luminosa em energia elétrica. Para funcionar corretamente, as células devem ser cobertas com um material semicondutor que possa absorver a luz. As células solares de silício são células solares revestidas com silício e são o tipo mais comum usado. Essas células são conectadas em série chamada módulos, e os módulos são interconectados para formar uma matriz que produz a tensão desejada. Estes são então colocados em um recipiente protetor atrás de painéis de vidro que direcionam a luz do sol para as células.

Quando a luz atinge o painel solar, os fótons são absorvidos pelo material semicondutor. Os elétrons são soltos e fluem através do material que produz eletricidade. Uma matriz de células solares de silício converte essa energia em eletricidade de corrente contínua (CC). Em um sistema integrado, a eletricidade é alimentada na rede elétrica usando inversores. Produtos solares independentes armazenam a eletricidade em baterias.

Embora o silício seja um elemento muito comum, geralmente é ligado à sílica. O silício puro deve ser extraído da sílica e processado para aumentar sua condutividade. O silício puro é um mau condutor de eletricidade, mas quando certas impurezas são adicionadas, normalmente átomos de fósforo, ele se torna um excelente condutor. Esse processamento gasta uma grande quantidade de energia e é responsável pelo alto custo das células solares de silício. As células fabricadas tradicionalmente usam silício monocristalino a granel, que é cortado em bolachas.

Para ajudar a mitigar o custo, os cientistas desenvolveram células solares de silício de película fina. Eles usam apenas cerca de um por cento do silício que uma célula tradicional usaria, mas, infelizmente, são muito menos eficientes. Células feitas com várias camadas de filme fino foram desenvolvidas, tão eficientes quanto as células tradicionais mais caras e, ainda assim, mantêm os benefícios de menor custo, menor peso e maior flexibilidade. As células de silício policristalino e amorfo de filme fino são opções adicionais e de menor custo.

Outro desafio para os cientistas é encontrar uma maneira de aumentar a eficácia das células solares de silício. A luz solar possui uma ampla gama de comprimentos de onda, contendo fótons com uma ampla gama de energias. Algumas delas são muito fracas ou fortes demais para formar o par de elétrons-orifícios necessário para serem capturados pelo material semicondutor. A maioria das células é apenas 15% eficiente, o que significa que apenas captura 15% da energia elétrica disponível na luz do sol que passa pelos painéis.

Estão sendo feitos trabalhos em todo o mundo para encontrar maneiras de aumentar a eficiência e diminuir o custo das células solares de silício. Encontrar maneiras de aumentar a eficiência da película fina, diminuindo bastante o custo, é uma prioridade de um projeto de pesquisa financiado pela União Europeia. Uma empresa no Japão desenvolveu células solares de silício para uso em vários produtos, com uma eficiência média de 25%. A Boeing-Spectrolab, uma empresa americana, desenvolveu uma célula solar concentradora de silício com eficiência de 40,7%.

É necessário pesquisar e desenvolver o Mare antes que a energia solar se torne uma fonte de energia primária, mas essa é uma área que está recebendo atenção e financiamento internacional. À medida que o custo diminui e a eficiência melhora, a energia solar pode se tornar muito mais comum. Mesmo com esses desafios, as células solares de silício já são usadas em uma variedade de produtos. Isso inclui itens diários, como calculadoras, lanternas, carregadores de telefone, fontes de água e sistemas de água quente doméstica e comercial.