Junção PN

No post de hoje iremos falar sobre a junção pn, que é onde ocorre a conversão da radiação solar em energia elétrica nos módulos fotovoltaicos.

A junção é formada após a dopagem do semicondutor, que consiste na adição, de forma controlada, de impurezas (dopantes) no semicondutor, que mudam as propriedades elétricas do material intrínseco, isso é, o material sem dopagem.

Considerando uma célula fotovoltaica monojunção de silício cristalino,que é um material bastante comum na confecção das células, que é tetravalente, ou seja, possui quatro elétrons na banda de valência que fazem ligações covalentes com os átomos vizinhos, resultando em uma rede cristalina com oito elétrons compartilhados por cada átomo.

Ao introduzimos um átomo trivalente na estrutura, como o gálio, haverá falta de um elétron para completar as ligações com os átomos de silício da rede cristalina. Essa falta de um elétron é denominada de lacuna. Assim é formado o semicondutor do tipo p, que possui excesso de lacunas e é a região receptora de elétrons. As lacunas se movem por difusão ou deriva.

Caso o átomo introduzido seja pentavalente, como o arsênio, haverá um elétron excedente na rede cristalina, que forma o semicondutor do tipo p, que é uma região doadora de elétrons. Os elétrons podem se movimentar ao redor do cristal.

Devido à diferença de concentração de elétrons e lacunas entre as duas regiões, os elétrons migram do semicondutor tipo n para o semicondutor tipo p na região de interface. A migração cessa quando o campo elétrico formado na junção pn interrompe o processo. Este campo elétrico é responsável por fazer a separação dos pares elétron-lacuna quando a energia dos fótons é absorvida pelos elétrons no momento em que a célula fotovoltaica é iluminada.

 

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