Essa tecnologia engenhosa explora o efeito fotovoltaico, um fenômeno físico onde fótons solares atingem a superfície de um semicondutor, resultando na liberação de elétrons e na geração de uma corrente elétrica explorável.

O efeito fotovoltaico é um fenômeno fundamental da física que é a base do funcionamento das células fotovoltaicas. Ocorre quando a luz, na forma de fótons, atinge a superfície de um material semicondutor, como o silício usado nas células solares. Quando os fótons interagem com o material, eles transferem sua energia para os elétrons na estrutura semicondutora.

A energia dos fótons excita os elétrons, o que os liberta de suas órbitas atômicas. Esses elétrons liberados então adquirem energia cinética e se movem através do material. É esse movimento de elétrons que gera uma corrente elétrica. No entanto, em seu estado excitado, os elétrons tendem a se recombinar com buracos (as lacunas deixadas pelos elétrons ausentes) no material, o que poderia anular o efeito fotovoltaico.

Para evitar essa recombinação indesejada, as células fotovoltaicas são projetadas para criar uma junção PN. Em uma célula solar típica, a camada superior do material semicondutor é dopada com átomos que têm excesso de elétrons (tipo n), enquanto a camada inferior é dopada com átomos com excesso de buracos (tipo p). Essa configuração cria um campo elétrico que direciona os elétrons liberados para a camada do tipo n e os buracos para a camada do tipo p.

Como resultado, os elétrons liberados pelo efeito fotovoltaico são coletados na superfície do tipo n da célula fotovoltaica, enquanto os buracos são coletados na superfície do tipo p. Essa separação de cargas cria um potencial elétrico entre as duas camadas, gerando assim uma corrente elétrica constante quando a luz solar atinge a célula. Essa corrente pode então ser usada como fonte de eletricidade para alimentar aparelhos elétricos ou ser armazenada em baterias para uso posterior. Em seu estado excitado na banda de condução, esses elétrons estão livres para se mover através do material, e é esse movimento do elétron que cria uma corrente elétrica na célula.

Estas células são feitas de um único cristal de silício, o que lhes confere uma estrutura uniforme e alta eficiência.
A orientação cristalina única permite uma melhor captura de fótons solares, resultando em alta eficiência.
No entanto, o processo de fabricação é mais complexo, resultando em maiores custos de produção.

Feitas de blocos de silício compostos por múltiplos cristais, essas células são mais fáceis e baratas de produzir do que as monocristalinas.
Os limites entre os cristais podem reduzir ligeiramente a eficiência, mas os avanços técnicos melhoraram seu desempenho ao longo do tempo.
Eles oferecem um bom equilíbrio entre custo, eficiência e sustentabilidade.

Essas células são feitas depositando uma fina camada de material semicondutor diretamente sobre um substrato, como vidro ou metal.
Eles são mais leves e flexíveis do que as células de silício, permitindo que sejam integrados em várias aplicações, como telhados solares macios.
A eficiência é geralmente inferior à das células de silício, mas os avanços tecnológicos visam melhorar a sua eficiência.

Essas células combinam diferentes camadas de materiais semicondutores, criando uma interface de heterojunção.
A interface promove uma separação de carga eficiente e reduz as perdas devido à recombinação de elétrons e furos.
As células HIT têm bons rendimentos e melhor desempenho em altas temperaturas.

As células à base de perovskita são relativamente novas e têm atraído grande interesse devido à sua facilidade de fabricação e alto potencial de eficiência.
Os materiais de perovskita podem ser depositados a partir de soluções líquidas, abrindo a porta para processos de fabricação mais baratos.
No entanto, a sustentabilidade e a estabilidade a longo prazo em várias condições continuam a ser desafios. A maioria das células fotovoltaicas comerciais são de junção única, mas as células fotovoltaicas de várias junções também foram desenvolvidas para alcançar eficiências mais altas a um custo mais alto.

Monocristalinas : Feitas de um único cristal de silício, essas células oferecem alta eficiência devido à sua estrutura homogênea. No entanto, seu processo de fabricação é complexo e caro.
Policristalino : Feito de vários cristais de silício, essas células são mais acessíveis de produzir do que as monocristalinas. No entanto, sua eficácia é ligeiramente menor devido aos limites entre os cristais.

Telureto de cádmio (CdTe) : Estas células utilizam telureto de cádmio como material semicondutor. Eles são acessíveis de produzir e são frequentemente usados em aplicações de grande escala. No entanto, o cádmio é tóxico, o que levanta preocupações ambientais.
Seleneto de Cobre Índio Gálio (CIGS) : Essas células são compostas por camadas de cobre, índio, gálio e selênio. Eles oferecem alta eficiência e podem ser fabricados em superfícies flexíveis, tornando-os adequados para determinadas aplicações especiais.

Essas células usam polímeros orgânicos ou materiais à base de carbono para converter luz em eletricidade. Eles são geralmente leves e flexíveis, mas sua eficácia é muitas vezes menor do que a de outros tipos de células.

As células de perovskita são relativamente novas, mas estão atraindo grande interesse devido ao seu alto potencial de eficiência e custo de produção potencialmente reduzido. Eles usam um material cristalino chamado perovskita para capturar a luz.