Célula solar CIGS

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Célula Solar CIGS (Cobre-Índio-Gálio-Selênio) é o nome para um novo semicondutor usado em células fotoelétricas, cuja fórmula química é Cu(In,Ga)Se2 (cobre, índio, gálio e selênio). Ao contrário das células feitas com silício que são baseadas numa junçãp p-n de um mesmo material, células CIGS são feitas com várias camadas ultra finas de diferentes semicondutores, cada qual com diferentes gaps de energia.

Fundamentos[editar | editar código-fonte]

Células solares são na verdade grandes diodos semicondutores. Quando um fóton com uma energia hν maior que o gap de energia E g o fotão incidente penetra no material, no qual um elétron é deslocado da banda de valência para a banda de condução, e de modo oposto, uma lacuna vai da banda de condução para a banda de valência.

Após a criação deste Par Elétron-Lacuna, eles podem recombinar-se ou então ir à região de carga espacial, onde dependendo das dopagens dos materiais há uma diferença de potencial, causando tanto a aceleração do elétron na banda de condução como da lacuna na banda de valência. Quando os materiais estão conectados a condutores e eventuais consumidores de energia, é gerada uma corrente elétrica.

Composição da célula[editar | editar código-fonte]

Substrato[editar | editar código-fonte]

Como já dito, células solares tipo CIGS são constituídas de várias camadas finas (na ordem de μm). Como substrato usa-se geralmente vidro, porém as camadas podem ser depositadas em polímeros. Essa possibilidade de diversificar o substrato é uma das vantagens de uma célula CIGS em comparação às células de silício, pois não depende de uma estrutura para erguer os painéis e ela pode ser aderida em paredes e tetos, cortando custos de instalação e aumentando o apelo comercial da energia solar.

Contato[editar | editar código-fonte]

A ligação da camada fotovoltaica com o substrato é feita com uma fina camada de molibdênio, que é depositada através de vaporização em cima do substrato. O molibdênio, além de ser um bom condutor, também é um eficiente material para fazer a adesão da célula solar no substrato. Geralmente esta camada é de cerca de 0,5 μm de espessura.

Camada de absorção[editar | editar código-fonte]

A próxima camada é constituída do próprio Cu(In,Ga)Se2, cuja função é absorver a energia solar e fornecer os pares elétron-lacuna para os condutores próximos. Vale citar que este material, quando dopado com material tipo p, apresenta uma alta capacidade de absorção de luz, sendo que uma camada de apenas 1 μm de espessura absorve cerca de 90% da luz solar incidente. Com isso, é necessária uma quantidade relativamente pequena de material para sua fabricação, quando comparado com outros tipos de célula.

Camada neutra[editar | editar código-fonte]

Acima da camada de absorção é depositada uma camada de cerca de 50 nm de CdS (sulfeto de cádmio). Esta camada junto com a camada de óxido de zinco (vide abaixo) contribuem com o lado tipo n da junção p-n da célula solar. O gap de energia do CdS é de Eg = 2,4 eV, e portanto dentro da faixa energética do espectro solar. Porém, o par elétron-lacuna aqui gerado não conseque se reencontrar na região de carga espacial e conseqüentemente não contribui para a corrente gerada na célula. Devido a camada de apenas 50 nm, pouca luz é absorvida nela antes de chegar à camada de absorção.

A função da camada neutra é proteger a camada de absorção das reações químicas causadas pelo depósito da camada de ZnO, em particular a difusão de átomos de uma camada em outra.

Camada janela[editar | editar código-fonte]

A camada janela consiste na realidade de duas camadas de ZnO (óxido de zinco): uma intrínseca e homogênea, e outra com 2% de Al2O3 para ter maior condutância. Essas camadas contribuem para o lado tipo n da junção p-n da célula e ao mesmo tempo serve como condutor para os pares elétron-lacunas gerados na célula.

O gap de energia do ZnO é de Eg = 3,3 eV, maior do que a energia dos fótons incidentes, e portanto, "transparente" ao espectro solar. Daí o nome da camada de "camada janela".

Vantagens e Desvantagens de células CIGS[editar | editar código-fonte]

As vantagens/desvantagens de uma célula tipo CIGS em comparação com outras tecnologias do mercado (em particular células de silício, que constitui 95% do mercado de células solares no mundo) são:

Vantagens[editar | editar código-fonte]

Economia de materiais: Devido à alta absorção do Cu(In,Ga)Se2, é necessária uma camada de da ordem de 1 μm de espessura, enquanto células de silício necessitam de camadas da ordem de 200 a 300 μm;

Eficiência[editar | editar código-fonte]

A eficiência de células CIGS é de 18,8% para pequenas áreas, e de 11,8% para grandes áreas (0,3 x 1,2 m)².

Bibliografia[editar | editar código-fonte]

  • Werner, Prog. Dr. rer. nat. habil. J.H., Charakterisierung von CIS-Solarzellen, Stuttgart, 2006.

Ligações externas[editar | editar código-fonte]