MATERIAIS E TECNOLOGIAS DE CÉLULAS FOTOVOLTAICAS

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MATERIAIS E TECNOLOGIAS DE CÉLULAS FOTOVOLTAICAS 
 
DA ROCHA, A.L. 
201702428061 
 
RESUMO 
Após a Revolução Industrial que teve seu início por volta de 1760 DC no Reino Unido 
da Grã-Bretanha e Irlanda, e posteriormente na Europa Ocidental, Estados Unidos e 
Japão, o processo industrial alavancou-se e teve um desenvolvimento colossal e manteve-
se assim até os dias atuais. Em paralelo com essa crescente da indústria, e sob o advento 
do uso de fontes de energia não limpas e não renováveis (Petróleo, Carvão Mineral, Gás 
Natural e Nuclear), as emissões de gases poluentes na atmosfera também teve a sua 
crescente e em escala exponencial. Dessa forma; ao longo das últimas décadas, existe 
uma busca por fontes de energia que sejam limpas e não-poluentes, e que sejam 
sustentáveis, de baixo custo e supram a necessidade de interação entre o uso e o avanço 
da tecnologia e a preservação e o bem-estar do meio ambiente. 
Nessa busca por fontes de energia Renováveis, os cientistas, estudiosos, acadêmicos e 
pesquisadores apontaram para o uso de fontes que são naturalmente reabastecidas tais 
como: A Hídrica (Energia da água dos Rios), A Eólica (Energia do Vento), A Biomassa 
(Energia de Matéria Orgânica) e A Solar (Energia do Sol). Sendo esta última, a fonte da 
nossa pesquisa. 
Conforme a Resolução Normativa da ANAEEL de 17/04/2012 – nº 482/2012: O 
consumidor brasileiro pode gerar a sua própria energia. Exemplo: Com a utilização de 
Células Fotovoltaicas. 
 
PALAVRAS-CHAVE 
Revolução Industrial; Fonte não renováveis; Fontes renováveis; Hídrica; Eólica; 
Biomassa; Solar 
(*) Rua Senhor do Bonfim, S/N Lote 13 Quadra 38 – CEP 23.811-460 Itaguaí-RJ, Brasil 
Tel.: (+55 21) 9.9297-1300 - Email: aurimarlucio@hotmail.com 
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25 de Abril de 2023 
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mailto:aurimarlucio@hotmail.com
 
 
 
 
1.0 - INTRODUÇÃO 
Dentre as energias e fontes renováveis, aquela que mais se destaca; atualmente; é a energia 
fotovoltaica. Uma energia cada vez mais interessante e atraente que oriunda da luz do 
Sol; cujo fornecimento é inesgotável; e que no ofertam zero emissões de poluentes na 
atmosfera, ou seja, zero emissões de gases poluentes. 
Sua funcionalidade consiste em transformar através de suas placas solares a energia solar 
(Fótons) em energia elétrica. Os Fótons são partículas de luz nas regiões quânticas dos 
elementos. O “Efeito Fotovoltaico” consiste na emissão de elétrons em um material 
metálico ou semicondutor pela incidência da luz. 
 
 
2.0 – DESENVOLVIMENTO 
Os painéis fotovoltaicos são compostos por uma junção P-N, que produz uma DDP nas 
regiões N e P ao serem incididas pela luz solar. Quando circuitos são conectados nos 
terminais das placas surge um fluxo de corrente contínua (CC). 
A corrente gerada nos painéis depende da temperatura, da irradiância e do espectro do 
Sol. Dessa forma, o aumento da temperatura e a diminuição da radiação solar implicam 
na queda da potência. 
As curvas características IxV e PxV são apresentadas na figura a seguir: 
 
Figura 1 – Curvas IxV e PxV de uma célula fotovoltaica. 
 
 
Pontos Imp e Vmp = par que maximiza o produto IxV, resultando no ponto de máxima 
potência (Pmp) 
Em geração solar existe um sistema capaz de encontrar este ponto de máxima potência. 
É chamado de Rastreador de Máximo Ponto de Potência (MPPT, em inglês). 
As células fotovoltaicas apresentam tensão de operação de 0,5 V e podem ser ligadas 
entre si em série ou em paralelo formando assim os painéis solares. 
Na ausência de luz os módulos dos painéis são desligados e são protegidos por um diodo 
by-pass para que a corrente encontre um caminho alternativo. 
O silício é o material mais utilizado na tecnologia fotovoltaica e na produção de células 
solares. 
Existe uma crescente e constante busca por novas tecnologias de materiais para aumentar 
ou melhorar a resistência, durabilidade e eficiência das células e painéis fotovoltaicos. 
Sistemas de geração solar são divididos em ON-grid e Off-grid. 
O sistema On-grid é conectado à rede elétrica e permite intercâmbio de energia e seu 
principal componente é o inversor de frequência, que converte a corrente contínua em 
corrente alternada e faz o sincronismo com a rede além do MPPT. 
O Sistema Off-grid não é conectado à rede e necessita armazenar energia para os períodos 
sem geração solar. Os painéis são ligados a um controlador de carga que fazem a proteção 
e otimizam o uso das baterias. Atendem ao consumo em 12, 24 e 48 VCC. As baterias são 
o coração do sistema Off-grid. 
Os módulos fotovoltaicos de primeira geração foram fabricados a partir de estrutura 
cristalina de silício, que em comparação com os demais tipos de tecnologia solar 
fotovoltaica, é a que tem a mais alta eficiência comercial, em torno de 24% (Gul, et al., 
2016). 
 
Além disso, outros fatores fazem com que as células solares em wafer de silício dominem 
com mais de 90% o mercado mundial, como o fato de ter matéria-prima em abundância 
e ser seu processo de fabricação já bem dominado pela indústria (Andreani, et al., 2019). 
 
As células voltaicas de segunda geração são denominadas thin-film (filme fino), e isso se 
deve por sua fabricação dá-se pela aplicação de finas camadas de materiais 
semicondutores, que tem apenas alguns micrômetros (menores que 10 μm) de 
espessura em comparação com wafers cristalinos que têm várias centenas de 
micrômetros, a uma base sólida (Hosenuzzaman et al., 2015; Teixeira, et al., 2021). 
 
De acordo com Hosenuzzaman et al. (2015), os elementos de camada mais comuns usados 
para a célula de filme fino são o arseneto de gálio, telureto de cádmio, disseleneto de 
cobre e índio e dióxido de titânio. 
 
No que diz respeito à base, os substratos mais comuns são o plástico, vidro, metal e 
cerâmica. De modo que, devido a essa tecnologia de finas camadas, há a criação de células 
flexíveis, leves e de menor custo, uma vez que consome menos material fotovoltaico 
quando comparado ao de primeira geração (Ogbomo, et al., 2017). 
 
 
As células de terceira ou última geração também são chamadas de tecnologias emergentes 
pois encontram-se em fase experimental. Possuem uma grande variedade de materiais 
empregados e em sua maioria são orgânicos (Ogbomo et al., 
2017). Sendo os principais deles descritos a seguir: 
2.1 - Dye-sensitized solar cell (DSSC) 
 
“Pertencem ao grupo de células solares de filme fino que vem sendo amplamente 
estudado há mais de duas décadas devido suas características desejáveis, como baixo 
custo, método de preparação simples, baixa toxicidade e facilidade de produção (Sharma, 
et al., 2018)”. 
 
2.2 - Heterojunction solar cell 
 
“Esses dispositivos apresentam uma estrutura que consiste em um wafer de silício 
cristalino que é passivado, em ambos os lados, com camadas de silício amorfo 
hidrogenado intrínseco e dopado (Haschke et al., 2018). Sendo essas células produzidas 
em um processo a baixa temperatura, não superior a 200 °C (Louwen et al., 2016)”. 
 
2.3 - Multijunction solar cell 
 
“As células solares de multijunção, ou células tandem, também configuram entre as 
tecnologias emergentes para aumentar a eficiência dos módulos solares. E consistem em 
empilhar várias células de bandgap diferentes para absorver diferentes cores do espectro 
solar (Gul, et al., 2016; Yamaguchi, et al., 2021)”. 
 
“Nessas células, há a utilização de diferentes materiais semicondutores, o que permite um 
aproveitamento maior dos diferentes comprimentos de onda (Teixeira, et al., 2021)”. 
 
“Segundo Yamaguchi et al. (2021), células solares multijunção de silício (Si), como III–
V/Si, II–VI/Si, calcopirita/Si e perovskita/Si tornaram-se populares e estão se 
aproximando da competitividade econômica”. 
 
“No entanto, de acordo com Green (2019), a perspectiva é que a tecnologia de células de 
silício permanecerá dominante por pelo menos a próxima década, com potencialde ser 
aumentada pela combinação da tecnologia de filme fino para produzir pilhas de células 
tandem baseadas em silício. Onde já foi demonstrada uma eficiência de 28%”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.0 - CONCLUSÃO 
O estudo e pesquisa de novas tecnologias e materiais para a construção de todos os 
componentes aplicados em sistemas fotovoltaicos deve ser uma constante, pois o 
desenvolvimento de componentes mais eficazes, mais robustos, mais duradouros e com 
menor custo benefício, pode além de alavancar e consolidar definitivamente a energia 
fotovoltaica como fonte favorita para sistemas elétricos como também possibilitar que 
cada vez mais os consumidores residenciais comuns tenham acesso a esta magnífica fonte 
de energia limpa e livre de poluentes. Com essa crescente também, no futuro as 
residências podem já ser projetadas para abrigar tanto uma rede cabeada convencional 
como um sistema de geração solar, proporcionado flexibilidade no uso da energia elétrica, 
diminuindo os custos dos clientes e a aliviando a rede de um sistema elétrico nacional 
sobrecarregado. 
No que tange ao Brasil, um investimento pesado no setor de pesquisa seria uma excelente 
forma de contribuir com o estudo e aplicação de novos materiais fotovoltaicos utilizando 
materiais existentes em abundância em nosso território como o Silício, o Grafeno e o 
Nióbio. Tal desenvolvimento dos materiais pelo setor de pesquisa nacional possibilitaria 
o baixo custo de aquisição da tecnologia fotovoltaica e a independência do país da 
tecnologia oriunda dos países estrangeiros. 
 
 
4.0 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
(1) Teixeira, M. A. C. (2019). Perspectivas do potencial estratégico de novos materiais 
alternativos ao silício para a produção de células solares fotovoltaicas. 121f. Dissertação 
(Programa de Mestrado em Cidades Inteligentes e Sustentáveis) – Universidade Nove de 
Julho, São Paulo. http://bibliotecatede.uninove.br/handle/tede/2149 
 
(2) Teixeira, M. A. C., Ramos, H. R., & Aguiar, A. O. (2021) Perspectivas de Novos 
Materiais Alternativos ao Silício para a produção de Células Solares Fotovoltaicas: Uma 
Revisão Sistemática da Literatura. Revista Nacional de Gerenciamento de Cidades, 9(71) 
48 - 62, 
https://publicacoes.amigosdanatureza.org.br/index.php/gerenciamento_de_cidades/articl
e/view/2953/2777 
 
(3) Vieira, A. C. F. (2021). Energias renováveis e sua eficiência na nova economia 
energética no Brasil. Revista Brasileira de Gestão Ambiental e Sustentabilidade, 8(18), 
211-223. https://doi.org/10.21438/rbgas(2021)081813 
 
(4) de Oliveira, A. M., Mario, M. C., & Pacheco, M. T. T. (2021). Fontes renováveis de 
energia elétrica: evolução da oferta de energia fotovoltaica no Brasil até 2050. Brazilian 
Applied Science Review, 5(1), 257-272. https://doi.org/10.34115/basrv5n1-016 
 
 
 
 
 
http://bibliotecatede.uninove.br/handle/tede/2149
https://doi.org/10.21438/rbgas(2021)081813
 
 
5.0 - DADOS BIOGRÁFICOS 
Aurimar Lucio da Rocha: Nasceu no Rio de Janeiro em 01 de julho de 1982. Obteve o 
grau de Tecnólogo em Automação Industrial pela Universidade Estácio de Sá no Rio de 
Janeiro Campus Santa Cruz em 2016. Tendo estudado também na extinta Universidade 
Gama Filho no Rio de Janeiro no bairro de Piedade entre 2012 e 2013. Atualmente é aluno 
e formando de graduação em Engenharia Elétrica na Universidade Estácio de Sá Campus 
Santa Cruz. Em 2004 trabalhou na FCC – Fábrica Carioca de Catalizadores como 
Ajudante de Mecânico Montador. Entre 2005 e 2007 trabalhou na JP MANUTENÇÃO 
nos cargos de Ajudante Geral, Ajudante de Eletricista e Eletricista ½ Oficial. Entre 2007 
e 2009 trabalhou na COMAU DO BRASIL nos cargos de Eletricista ½ Oficial e 
Encarregado de Manutenção Elétrica. Entre 2009 e 2010 trabalhou na CSN – 
COMPANHIA SIDERÚRGICA NACIONAL no cargo de Técnico de Manutenção 
Eletroeletrônica. Entre 2010 e 2013 trabalhou na BENCO ENERGIA E BENCO 
MANUTENÇÃO no cargo de Técnico Eletroeletrônico, tendo exercido também as 
funções de Encarregado de Manutenção Predial, Supervisor de Manutenção Predial e 
Coordenador de Manutenção Predial. Entre 2013 e 2014 trabalhou na MICHELIN no 
cargo de Eletricista de Manutenção de Equipamentos (Similar ao Técnico no padrão 
brasileiro). Entre 2014 e 2017 trabalhou na THYSSENKRUPP-CSA nos cargos Técnico 
de Manutenção Elétrica I Júnior e Técnico de Manutenção Elétrica II Pleno. Atualmente 
trabalha na TERNIUM-BRASIL nos cargos de Técnico de Manutenção Elétrica II Pleno 
e Técnico de Manutenção Elétrica III Sênior. Foi recrutado, selecionado e aprovado para 
o programa de Monitoria Acadêmica da Universidade Estácio de Sá Campus Santa Cruz 
onde leciona Matemática Básica para os alunos calouros.