Células Fotovoltaícas

1. Células Fotovoltaícas

2. Células Fotovoltaícas – Assuntos a Tratar • Mecânica Quântica – Efeito Fotovoltaíco • Diodo Fotovoltaíco. • Células de Silício Cristalino, Amorfo, Policristalino. • Células orgânicas • O Módulo Fotovoltaíco. • Bibliografia

3. Efeito Fotoelétrico • Existem evidências experimentais de que a radiação se comporta como partícula ao interagir com a matéria, diferente de seu comportamento ondulatório quando se propaga. • Em 1886/1887 Heinrich Hertz descobriu que uma descarga elétrica entre dois eletrodos ocorre mais facilmente quando se faz incidir uma luz ultravioleta sobre eles. • Mais tarde Lenard mostrou que elétrons eram emitidos do catodo ao se incidir luz ultravioleta (efeito fotoelétrico).

4. Efeito Fotoelétrico Entre 1886 e1887 Heinrich Rudolf Hertz realizou experiências que confirmaram a existência de ondas Eletromagnéticas e a Teoria de Maxwell sobre a propagação da Luz. Porém observou que : “Uma descarga elétrica entre dois eletrodos ocorria mais facilmente se fizéssemos incidir uma luz ultravioleta sobre um deles”. Entretanto Hertz não conseguia entender tal fenômeno Ciência dos Materiais - CEUNES 4

5. Efeito Fotoelétrico Philipp Eduard Anton vonLénárdmostrou que elétrons eram emitidos do catodo ao se incidir luz ultravioleta. A emissão de elétrons devido a incidência de luz é chamado de: EFEITO FOTOELÉTRICO Ciência dos Materiais - CEUNES 5

6. Efeito Fotoelétrico Quartzo • Uma luz monocromática incide sobre o catodo e libera fotoelétrons; • Devido a uma DDP entre o catodo e o anodo, estes fotoelétrons são atraídos para o anodo gerando uma corrente elétrica A i ia Amperímetro Chave inversora - + V V0 Potencial de corte Ciência dos Materiais - CEUNES 6

7. Efeito Fotoelétrico Até aqui nada contradiz a teoria ondulatória. Entretanto se tomarmos uma luz incidente com intensidade menor, o potencial de corte continua o mesmo. ia Bem, sabemos da teoria ondulatória que a amplitude do campo elétrico da onda luminosa incidente diminui se a intensidade diminuir. Como a força aplicada ao elétron é dado por: ib i V0 O que sugere que a energia cinética deveria diminuir se a intensidade diminui. Entretanto Kmáx é o mesmo, independente da intensidade. - + V Ciência dos Materiais - CEUNES 7

8. Efeito Fotoelétrico Numa outra experiência, mediu-se o potencial de corte em relação a freqüência da luz incidente. V0 De acordo com a teoria ondulatória clássica o efeito fotoelétrico deveria acontecer para qualquer freqüência de luz. No entanto, para freqüências abaixo de 0 o efeito não ocorre. Outra discordância é que se a intensidade da luz é fraca, pela teoria clássica deveria haver um retardamento temporal até que o átomo recebesse energia suficiente para ejetar o elétron. No entanto, isto não acontece. 0 v (1014 /s) v0 Ciência dos Materiais - CEUNES 8

9. 2) O Efeito Fotoelétrico (Energia do fóton)

10. Teoria de Einstein - Efeito Fotoelétrico Em 1905, Einstein propôs que a energia radiante está concentrada em pacotes (fótons). Esta concentração em pacotes leva a quantização da energia. Supôs que toda onda eletromagnética é quantizada em energia, isto é, se tem uma freqüência de vibração v, ela só pode ser gerada com valores discretos de energia. Energia de Planck Quanto maior o número de fótons em uma onda eletromagnética torna-se mais difícil perceber a natureza discreta da luz, o comportamento é clássico Ciência dos Materiais - CEUNES 10

11. Teoria de Einstein – Efeito Fotoelétrico • Em 1905, Einstein propôs que a energia radiante está concentrada em pacotes concentrados, mais tarde chamados de fótons. • Einstein supôs que tal pacote de energia se afasta da fonte com velocidade c. Ele supôs que a energia do pacote ou fóton está relacionada com a frequência  pela relação:

12. Teoria de Einstein - Efeito Fotoelétrico Um fóton tem energia dada por: ou Onde  Esta representação possibilita descrever todo espectro eletromagnético em unidade de energia, como eV Ciência dos Materiais - CEUNES 12

13. Teoria de Einstein – Efeito Fotoelétrico Onde w é a energia necessária para arrancar o elétron do metal, isto é, para superar os campos atrativos dos átomos e as perdas de energia devido a colisões internas. Voltemos então aos problemas apresentados pelo efeito fotoelétrico Quando um elétron é emitido na superfície do catodo, sua energia cinética é dado por: A energia cinética máxima será quando tivermos o menor trabalho possível, isto é, quando o trabalho for somente para vencer os campos atrativos atômicos. Ciência dos Materiais - CEUNES 13

14. Teoria de Einstein – Efeito Fotoelétrico Kmáx não depende da intensidade da luz, pois a energia do fóton só depende de . V0 Para Kmáx= 0 v0 – Energia do fóton para arrancar o elétron sem nenhuma energia cinética. 0 v (1014 /s) Para  <c não existe efeito fotoelétrico. v0 No efeito fotoelétrico um fóton é completamente absorvido por um elétron do fotocatodo. Este fato retira a objeção da teoria clássica sobre o “retardamento temporal”. Ciência dos Materiais - CEUNES 14

15. Teoria de Einstein – Efeito Fotoelétrico O Potencial de corte pode ser expresso por: Como w0 = hv0 Tem um comportamento linear com a freqüência Ciência dos Materiais - CEUNES 15

16. Composição da Luz

17. Composição da Luz - Cor

18. Composição da Luz -Espectro

19. Composição da Luz - Espectro

20. Absorção da Luz pela Matéria Ressonância Ressonância é o fenômeno físico em que se registra a transferência de energia de um sistema oscilante para outro, quando a freqüência do primeiro coincide com uma das freqüências próprias do segundo.

21. Que luz interage com o que no seu corpo?

22. Que Luz Interage com o que?

23. Quantidade de Energia Solar disponível

33. Estabilização contra fotodegradação do co-polímero EVA por adição de nanopartículas de α-Al2O3/quartzo irradiado com raios gama para uso fotovoltaico Igor Alessandro Silva Carvalho Orientador: José Roberto Tavares Branco Co-orientador: Eduardo Perini Muniz defesa de tese Fonte:www.imotion.com.br

34. 1 Encapsulamentoe fotodegradação de módulo fotovoltaico (EVA) Quebra de ligação OCOCH3 Quebra de ligação O-CH3 FIGURA 1: Painel fotovoltaico

36. A Barreira de Potencial na Junção p-n Ao campo corresponde um potencial. E à energia também. A energia de um elétron em um campo elétrico é: Portanto:

37. Um modelo concentrado que representa toda a curva corrente-tensão de uma célula fotovoltaica, e não apenas a região próxima ao ponto de potência máxima é o modelo de um diodo e quatro parâmetros. O circuito equivalente deste modelo é mostrado na figura 1. IL é a corrente de fótons e, com ótima aproximação, varia em proporção direta com a intensidade de radiação solar incidente. Também varia linearmente com a temperatura da célula e depende do material e do processo de fabricação. ID representa a característica de corrente de diodo das células fotovoltaicas. RS é a resistência série da célula. Esta resistência encontra-se, na realidade, distribuída na superfície e contatos metálicos da célula. V e I são a tensão nos terminais da célula e a corrente de saída da mesma. RL representa a carga conectada à célula.

46. Bibliografia http://www.nmsea.org/Curriculum/7_12/PV/explore_pv.htm FREIRE, Cristiano Augusto da Silva and CARVALHO, Paulo César Marques de. Comparação de dois modelos de células fotovoltaicas usando dados reais: modelo de dois diodos versus modelo de um diodo e quatro parâmetros.. In: ENCONTRO DE ENERGIA NO MEIO RURAL, 3., 2000, Campinas. Proceedings online... Availablefrom: <http://www.proceedings.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=MSC0000000022000000100046&lng=en&nrm=abn>. Acesson: 13 June. 2013.