(PQ-CC) Painéis solares e química

Cada vez se encontram mais painéis solares pela cidade e a maioria das pessoas talvez não veja o que é que isso possa ter que ver com a química.

Células fotovoltaicas são materiais que absorvem a radiação solar e a transformam num fluxo de electrões, ou seja numa corrente eléctrica. Uma célula fotovoltaica típica tem uma parte que consiste num monocristal de silício dopado com fósforo, ou seja contendo impurezas de fósforo, em contacto com um monocristal de silício dopado com boro. A parte dopada com fósforo é denominada semicondutor de tipo-N devido ao facto de o fósforo ter excesso de electrões em relação ao silício, enquanto a parte dopada com o boro é denominada tipo-P, por este elemento ter deficiência de electrões em relação ao silício. A célula tem uma diferença de potencial, ou voltagem, característica que corresponde à energia que deverão ter os fotões da radiação para poderem libertar electrões do material. Na presença de luz, os electrões libertados deslocam-se do lado N para o lado P enquanto as lacunas (ponto com falta de um electrão) se deslocam do lado P para o lado N, criando uma corrente eléctrica.¹ As células têm ainda normalmente um revestimento anti-reflexo para reduzir perdas de energia e uma cobertura de vidro para protecção. Finalmente, as células são agrupadas em conjuntos por forma a se obterem voltagens e correntes úteis. Bem, e depois de produzida a electricidade é necessário o seu consumo ou armazenamento. O armazenamento pode ser realizado usando acumuladores eléctricos, denominados usualmente como baterias ou pilhas

Como a produção de monocristais de silício é muito cara e a eficiência destas células é relativamente baixa, a investigação no desenvolvimento de novas células fotovoltaicas, assim como nas tecnologias que lhes estão associadas é muito activa. Assim, têm sido desenvolvidas células de silício policristalino assim como células de segunda geração denominadas de filmes-finos com custos significativamente inferiores, mas que têm ainda, infelizmente, eficiências ou durabilidades inferiores às das células tradicionais. No entanto este é um campo de investigação muito importante e por isso há vários investigadores do Departamento de Química e da Universidade de Coimbra envolvidos em projectos de investigação e desenvolvimento relacionados com células fotovoltaicas (por exemplo, [3]).

¹É de notar que o produto da voltagem pela intensidade da corrente eléctrica é a potência, ou seja a energia por unidade de tempo. Em termos microscópicos podemos ver a intensidade da corrente eléctrica como o número médio de unidades de carga que se deslocam por unidade de tempo e a voltagem como a energia média por unidade de carga. Por outro lado podemos ver a potência como o produto do número médio de electrões libertados por unidade de tempo pela energia média de cada electrão, ou ainda, de forma mais simples, como a energia total dos electrões libertados por unidade de tempo.

Referências
[1] http://science.howstuffworks.com/environmental/energy/solar-cell.htm (acedido 28/12/2010)

[2] http://scitizen.com/future-energies/how-long-do-solar-panels-last-_a-14-2897.html (acedido 28/12/2010)

[3] Photoacoustic measurement of electron injection efficiencies and energies from excited sensitizer dyes into nanocrystalline TiO2 films, Serpa C, Schabauer J, Piedade AP, Monteiro CJP, Pereira MM, Douglas P, Burrows HD, Arnaut LG, J. Am. Chem. Soc. 130, 8876 (2008)

[versão preliminar de 15 de Janeiro de 2011]