Uma célula solar ou célula fotovoltaica é um dispositivo elétrico de estado sólido capaz de converter a luz proveniente do sol (energia solar) diretamente em energia elétrica por intermédio do efeito fotovoltaico.
As células fotovoltaicas são utilizadas em conjunto (36, 60 ou 72 células ligadas em série) para formar os módulos fotovoltaicos. A energia gerada pelos módulos fotovoltaicos é chamada energia solar fotovoltaica.
História
O efeito fotovoltaico foi primeiro demonstrado experimentalmente pelo físico francês Alexandre Edmond Becquerel. Em 1839, aos 19 anos, experimentando no laboratório de seu pai, ele construiu a primeira célula fotovoltaica do mundo. Willoughby Smith descreveu pela primeira vez o “Efeito da Luz em selênio durante a passagem de uma corrente elétrica”, em um artigo que foi publicado no 20 de fevereiro de 1873 da revista Nature. Contudo, só em 1883 foram construídas as primeiras células fotovoltaicas, por Charles Fritts, que cobriu o selênio semicondutor com uma camada extremamente fina de ouro de modo a formar junções. O dispositivo teve apenas cerca de 1% de eficiência.
Eficiência
Atualmente, as células fotovoltaicas apresentam eficiência de conversão da ordem de 16%. Existem células fotovoltaicas com eficiências de até 28%, fabricadas de arseneto de gálio, mas o seu alto custo limita a produção dessas células solares para o uso da indústria espacial. A intensidade da radiação solar (irradiância) na superfície terrestre chega a 1.000 watts por metro quadrado.
Impacto ambiental
Por não gerar nenhum tipo de resíduo, a célula fotovoltaica solar é considerada uma forma de produção de energia limpa, sendo alvo de estudos em diversos institutos de pesquisa ao redor do mundo.
Principais tipos de células fotovoltaicas
Produção anual de células fotovoltaicas
A primeira geração de células fotovoltaicas é constituída pelas células de silício cristalino. As células consistem de uma lâmina de silício na qual é formada uma junção PN díodo de junção, capaz de gerar energia elétrica utilizável a partir de fontes de luz com os comprimentos de onda da luz solar. A primeira geração de células constitui a tecnologia dominante em termos de produção comercial, representando mais de 80% do mercado mundial.
A segunda geração de materiais fotovoltaicos está baseada no uso de filmes finos de semicondutores. A vantagem de utilizar estes filmes é a de reduzir a quantidade de materiais necessárias para as produzir, bem como de custos. Existem diferentes tecnologias e materiais semicondutores em investigação ou em produção de massa, como o silício amorfo, silício policristalino ou microcristalino, telureto de cádmio e célula solar CIGS. Tipicamente, as eficiências das células solares de filme fino são baixas quando comparadas com as células tradicionais de silício cristalino, mas os custos de manufatura são também mais baixos, pelo que se pode atingir um preço de instalação mais reduzido por watt. Outra vantagem da reduzida massa é o menor suporte necessário quando se colocam os painéis nos telhados e permite arrumá-los e dispô-los em materiais flexíveis, como os têxteis, plásticos ou integração direta nos edifícios.
A terceira geração fotovoltaica é muito diferente das duas anteriores, definida por utilizar semicondutores que dependam da junção p-n para separar partículas carregadas por fotogestão. Estes novos dispositivos incluem células fotoeletroquímicas e células de nanocristais.