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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.

The first solid-state photovoltaic cell was created by Charles Fritts in 1883, who coated selenium with a thin layer of gold. However, its efficiency was less than 1%. The breakthrough came in 1954 at Bell Labs, where Daryl Chapin, Calvin Fuller, and Gerald Pearson developed the first practical silicon solar cell, achieving an efficiency of around 6%. This invention marked the beginning of the modern era of solar power technology and was initially used for niche applications like powering satellites in space.

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

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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)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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