Quais são os principais tipos de células fotovoltaicas?

Neste artigo iremos discorrer sobre os principais tipos de células fotovoltaicas.

Há diferentes tipos de células fotovoltaicas. Vejamos as mais utilizadas.

1. Células de silício monocristalino

São obtidas a partir de barras cilíndricas (lingotes) de silício monocristalino, onde os átomos estão, como o nome sugere, organizados em um único cristal de silício. Para melhorar a performance e reduzir custos da fabricação, são feitos cortes nos quatro cantos dos cilindros, e em seguida, a barra cilíndrica é cortadas em forma de lâminas bem finas. Por este motivo as células monocristalinas têm aparência octogonal.

O silício é o segundo elemento mais abundante na Terra, perdendo apenas para o oxigênio. As rochas e a areia contêm compostos de silício, como a sílica (dióxido de silício) e o silicato (mistura de oxigênio, silício e metais). É utilizado para produzir vidro, cimento, cerâmica, remédios e muitos outros produtos, e é extremamente importante para a fabricação de componentes eletrônicos (como circuitos integrados de computador).  

O silício de maior pureza existe em forma de cristais, como o cristal de quartzo, que é utilizado para a fabricação das células fotovoltaicas. Técnicas sofisticadas são empregadas para obtenção do cristal de silício com altíssimo grau de pureza (da ordem de 99,9999%).

As células de silício monocristalino são as mais utilizadas nos módulos fotovoltaicos, em função de sua maior eficiência na conversão de luz em eletricidade (tipicamente de 15 a 22%) através do efeito fotovoltaico. Em geral, os fabricantes oferecem garantia de 25 anos de duração. Também ocupam menos espaço (comparativamente) para gerar a mesma quantidade de energia. Porém, seu custo de fabricação é um pouco mais elevado.

2. Células de silício policristalino

São formadas por múltiplos cristais de silício. Resumidamente, o silício purificado é derretido e se solidifica em moldes especiais, na forma de um bloco cúbico. O bloco então é cortado nas dimensões desejadas para as células. Por este motivo, as células policristalinas são quadradas. Neste processo, em vez de se organizarem em um cristal único, os átomos de silício formam uma estrutura policristalina com alguma separação entre os diversos cristais.

A eficiência energética das células policristalinas seja ligeiramente menor do que a das as monocristalinas (tipicamente entre 14% a 20% em média). Isso implica em precisar de um pouco mais de espaço (maior área de painéis) para produzir a mesma potência das células monocristalinas (relação Watt por metro quadrado). Em compensação, o processo de fabricação das células policristalinas é mais simples (e de menor custo) que o das células monocristalinas. A garantia oferecida pelos fabricantes é semelhante ao caso das células monocristalinas, ou seja, chegam a 25 anos.

3. Células maleáveis

São células flexíveis obtidas a partir de filmes finos depositados sobre um substrato como o silício amorfo hidrogenado (a-Si3). Estas células produzem eletricidade suficiente para atender sistemas de baixo custo, sendo utilizadas em calculadoras, relógios, brinquedos e outros produtos com baixo consumo de energia.

Uma vantagem óbvia das células maleáveis é sua flexibilidade, sendo possível utilizá-las para revestir superfícies curvas. O custo não é elevado (menor que o das células monocristalinas ou policristalinas), mas há duas limitações:

Primeiro, a eficiência na conversão de luz em energia elétrica é mais baixa (comparativamente).

Segundo, a vida útil das células de silício amorfo é menor (da ordem de 10 anos), dado que elas sofrem degradação maior ao longo do tempo.

4. Outras tecnologias

Além do silício amorfo, há outras tecnologias importantes para produção de células fotovoltaicas flexíveis (filmes finos) como filmes de CdTe (Telureto de Cádmio). Tal como no caso do silício amorfo, os custos de produção do CdTe são relativamente baixos, de modo que esta tecnologia deve se firmar como um competidor importante do silício mono e policristalino para a geração de energia elétrica através de módulos fotovoltaicos. Pelo lado das desvantagens, o cádmio não é tão abundante na natureza quando o silício e o telureto de Cádmio é um material tóxico. Há  também os compostos CIS (disseleneto de Cobre, Índio e Gálio), que são bastante eficientes.

Uma outra tecnologia promissora é a OPV (Organic Photovoltaic), onde a geração fotovoltaica de energia elétrica ocorre através de laminados flexíveis de materiais orgânicos (baseados em carbono, e não em silício).