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O efeito fotovoltaico

1839-01-01
  • Alexandre-Edmond Becquerel
Instalação de painel solar demonstrando o efeito fotovoltaico na física do estado sólido.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

O efeito fotovoltaico é a geração de tensão e corrente elétrica em um material quando exposto à luz. É um fenômeno físico e químico. Uma aplicação comum é a célula solar, que utiliza esse efeito para converter a luz solar diretamente em eletricidade. O efeito se baseia em fótons de luz que excitam elétrons para um estado de energia mais elevado.

O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez pelo físico francês Alexandre-Edmond Becquerel em 1839. Ele descobriu que uma voltagem se desenvolvia quando um eletrodo de cloreto de prata em uma solução ácida era iluminado. O efeito permaneceu uma curiosidade científica por décadas. A compreensão moderna está enraizada na física de semicondutores. Quando um fóton com energia suficiente atinge um material semicondutor, ele pode excitar um elétron, movendo-o da banda de valência para a banda de condução. Isso cria um par elétron-lacuna. Em um dispositivo fotovoltaico, um campo elétrico interno, tipicamente criado por uma junção pn, separa esses portadores de carga. Os elétrons são direcionados para o lado n e as lacunas para o lado p. Essa separação de carga cria uma voltagem através da junção. Se um circuito externo for conectado, os elétrons livres fluirão pelo circuito, criando uma corrente contínua (CC). A energia do fóton deve ser maior que a energia da banda proibida do material semicondutor para que esse processo ocorra. Fótons com energia inferior à energia da banda proibida atravessam o material sem serem absorvidos, enquanto fótons com energia muito superior à energia da banda proibida terão seu excesso de energia convertido em calor, reduzindo a eficiência geral da célula.

A primeira célula fotovoltaica de estado sólido foi criada por Charles Fritts em 1883, que revestiu selênio com uma fina camada de ouro. No entanto, sua eficiência era inferior a 1%. O grande avanço ocorreu em 1954 nos Laboratórios Bell, onde Daryl Chapin, Calvin Fuller e Gerald Pearson Desenvolveu a primeira célula solar de silício prática, atingindo uma eficiência de cerca de 6%. Essa invenção marcou o início da era moderna da energia solar. energia solar tecnologia e foi inicialmente usada para aplicações específicas, como o fornecimento de energia para satélites no espaço.

UNESCO Nomenclature: 2211
Física do estado sólido

Tipo

Fenômeno físico

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • posteriormente confirmada pela descoberta do elétron por JJ Thomson (1897)
  • explicação posterior de Einstein sobre o efeito fotoelétrico (1905)
  • Desenvolvimento da física de semicondutores e da teoria da junção pn (década de 1940)
  • Descoberta da fotocondutividade do selênio por Willoughby Smith (1873)

Aplicações

  • Painéis solares para geração de energia residencial e em escala de serviços públicos
  • usinas de energia fotovoltaica
  • calculadoras e relógios movidos a energia solar
  • sistemas de energia de espaçonaves
  • sensoriamento remoto e telecomunicações

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • transparent solar cells integrated into windows
  • flexible, lightweight solar films for portable electronics and clothing
  • perovskite-tandem solar cells with efficiencies exceeding 30%
  • agrivoltaics: co-locating solar panels and agricultural crops
  • solar-powered water purification systems for developing regions
  • photovoltaic roads and pathways
  • building-integrated photovoltaics (bipv) as structural elements
  • solar-powered drones for long-endurance flights
  • self-healing solar cell materials
  • space-based solar power satellites beaming energy to earth
Relacionado a: efeito fotovoltaico, célula solar, semicondutor, junção pn, par elétron-lacuna, fótons, corrente contínua, gap de energia, Becquerel, energia renovável.

Contexto histórico

O efeito fotovoltaico

1833
1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1850
1832
1834
1835
1838
1841
1845
1850
1850

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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