Resposta :

Vários tipos de materiais são usados na fabricação de células solares. Um dos mais económicos é o que usa o silício, abundante na natureza. O processo de fabricação é o usado no fabrico de díodos e outros componentes eletrônicos da atualmente em uso técnica do silício, tais como transístores e circuitos integrados.

 

Estas células solares são constituídas por díodos de silício de junção difusa com uma grande superfície que convertem a energia luminosa em elétrica. O processo de fabricação é complexo. O silício é purificado, para lhe serem retiradas as impurezas contaminantes que possui no estado natural. Nesta fase o silício é amorfo, ou seja, não possui uma estrutura cristalina. Esta é necessário para o funcionamento dos componentes eletrônicos feitos à base de silício. Para obter esta estrutura cristalina usa-se um pequeno cristal que serve de semente. Este cristal é montado numa peça que roda lentamente, fazendo-o tocar no silício liquefeito num cadinho, com uma temperatura de 1420 ºC, que é a temperatura de fusão do silício. Este silício vai-se depositando sobre o cristal-semente adquirindo a estrutura cristalina, enquanto a peça vai sendo afastada do líquido. É a fase chamada de crescimento. No final obtém-se um lingote cilíndrico com 10 centímetros de diâmetro e 50 centímetros de comprimento. Em seguida são cortadas finas fatias do lingote com 0,5 mm de espessura. Cada lâmina destas chama-se “waffer” ou bolacha. A próxima etapa é um processo de limpeza usando vários químicos. Em cada uma destas bolachas vão ser fabricados díodos ou células. No final da fabricação, as bolachas são riscadas para poderem ser cortadas individualizando os componentes fabricados. O processo de fabricação do componente consiste numa sucessão de etapas utilizando técnicas fotolitográficas. São usadas máscaras e substâncias químicas para abrir janelas onde são depositadas por difusão camadas diversas, fazendo uso regular de fornos. As bolachas são primeiro colocadas num tubo de quartzo com cerca de 20 centímetros de diâmetro e aquecidas a 850º C. No seu interior é injetado azoto seco para remover todo o oxigénio e uma quantidade precisa de fósforo (impureza de tipo n) que, por ação da temperatura, é difundida na camada inicial de silício. A penetração desta camada é cerca de 2 mícrons. Com base nestes procedimentos, são fabricadas as células que são formadas por um substrato normalmente de tipo p constituído por uma lâmina de silício monocristalino, sobre o qual se deposita uma delgada camada de silício de tipo n. Estas duas camadas constituem uma junção que deve ficar o mais próximo possível da superfície, sendo exposta à luz a camada de tipo n. Para estabelecer a ligação elétrica com o exterior é ainda necessário aplicar contatos metálicos à estrutura formada, sendo usado um processo serigráfico para depositar uma grelha de tinta metálica na superfície que recebe a luz solar (pólo negativo) e sendo aplicada uma camada de tinta metálica na outra face da célula (pólo positivo). As células solares são depois normalmente associadas em painéis solares. As células de silício são usadas, por exemplo, em calculadoras e em painéis solares em satélites.

 

Outras células solares são fabricadas com arsenieto de gálio. Estas são mais caras que as de silício, mas têm melhor eficiência energética.

 

Um novo tipo de célula chamada CdTe/CdS usa Telureto de cádmio e Sulfureto de cádmio esperando-se a possível substituição do silício. Existe, no entanto, um problema relacionado com a perigosidade do cádmio, avançando os seus defensores com a justificação de que as quantidades de cádmio são muito pequenas. Esta célula é constituída por uma camada de 10 mícrons de CdTe (tipo p) e de uma camada de 100 nanómetros de CdS (tipo n) sobre a primeira. A luz incide sobre a camada de CdS, através duma camada vidrada de 2 a 4 milímetros de espessura (camada de proteção). Em seguida atravessa uma camada transparente de óxido de estanho ou óxido de estanho e índio (ITO-Indium Tin Oxide), antes de atingir a camada de CdS. Esta camada serve de contato elétrico. O outro contato, de ouro ou alumínio encontra-se ligado à camada de CdTe.

 

Existem vários processos para depositar as camadas de CdTe e de CdS. Um é uma técnica em que os materiais são depositados por evaporação (PVD-“Physical Vapour Deposition” ou, em português, “Deposição Física de Vapor”). Outras técnicas usam vários processos envolvendo vapores. É o caso de CSS-“Close-Space Sublimation” ou, em português, “Sublimação em Espaço Fechado” e de CVD-“Chemical Vapour Deposition” ou, em português, “Deposição Química de Vapor”. O processo designado por “Chemical Bath Deposition” ou, em português, “Deposição por Banho Químico” é usado para formar películas de CdS, através da precipitação de íons sobre o substrato.

 

As aplicações das células solares resultam da possibilidade de utilização da energia solar para a transformar em energia elétrica. Esta pode ser utilizada diretamente ou ser utilizada para carregar acumuladores químicos, possibilitando a utilização posterior da energia.

Exemplos : acionamento de relógios de pulso ou outros, de calculadoras, alimentação de parquímetros, de telefones, produção de energia elétrica em centrais fotovoltaicas para distribuição em rede, painéis solares de alimentação de satélites. Existem muitos protótipos de veículos automóveis, usados apenas em demonstrações, como corridas de vários modelos.

 

Algumas notas históricas

O primeiro satélite alimentado a energia solar foi o americano “Vanguard I”, lançado em 1958. O seu sistema energético tinha 0,1 W com uma área de 100 cm 2 para alimentar um emissor de 5 mW e funcionou durante 8 anos.

O satélite americano Explorer VI foi lançado em 1959 com 9600 células de 1 cm x 2 cm.

Em 1962 foi lançado o primeiro satélite comercial de telecomunicações, o americano Telstar, com 14 W.

Em 1963 foi instalado num farol no Japão um sistema solar de 242 W, o maior do mundo nessa altura.

Em 1964 os americanos lançaram o satélite Nimbus, com 470 W.

Em 1966 foi lançado o Orbiting Astronomical Observatory (Observatório Orbital Astronómico) com 1 kW.

Em 1968 foi lançado o satélite OVI-13 com dois painéis de CdS.

Desde 1976 a 1985 e de 1992 a 1995, o NASA Lewis Research Center (LeRC) (Centro de Pesquisa Lewis) instalou 83 sistemas elétricos solares em todos os continentes, exceto na Austrália. Estes sistemas serviram para alimentar refrigeração de vacinas, iluminação de salas, de clínicas médicas, telecomunicações, bombagem de água, moagem e televisão em salas de aula.

A produção total de células fotovoltaicas em 1977 excedia 500 kW.

Em Dezembro de 1978 foi instalado pelo LeRC um sistema de 3,5 kW para alimentar a primeira aldeia a energia fotovoltaica (bombagem de água e alimentação a 15 casas). Este sistema perdurou até 1983, quando chegou a rede elétrica. Então, o sistema fotovoltaico ficou confinado a bombagem de água.

Em 1981, uma casa em Boston foi equipada com 126 módulos de 72 células cada integrados no telhado, produzindo 7,3 kW.

No mesmo ano, na Arábia Saudita uma instalação de dessalinização foi alimentada com 8 kW de energia solar.

A produção mundial de células em 1982 ultrapassava 9,3 MW.

Em 1986, o avião Ícaro voou, movido por 21 m 2 de 3000 células solares.

Em 1999 a potência mundial total de células solares era de 1000 MW e em 2002 atingia 2000 MW.