Célula Solar

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Vanessa Karoline da Silva – 496154
Igor Almeida – 496030
Células Solares
Tema
No próximo ano os jogos olímpicos serão realizados no Rio de Janeiro. Com a proximidade desse importante evento é interessante a produção de energia elétrica por vias alternativas.
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Trivalentes: comem eletron de valencia do semicondutor, criando um buraco (P)
pentavalente: se ligam covalentemente com os átomos do semicondutor, gerando elétrons livres (N)
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Índice
Introdução;
Semicondutores aplicados a células fotoeletroquímicas;
BiVO4;
BiVO4 dopado com W e Mo;
WO3/BiVO4;
Custos estimados.
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Introdução
Motivação
Matriz energética
Geração de H2
Gás natural.
Aplicações do H2
Industrias químicas;
Domínio espacial; 
1 kg H2 = 3 X 1 kg gasolina
Células a combustível.
Aplicações futuras
Economia do Hidrogênio
Fonte: IEA, 2010
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Motivação: proximidade das olímpiadas do RJ, encontrar forma limpa de geração de energia elétrica. Como rj possui boa incidência solar ao longo de todo o ano, escolhemos as células solares
80% da matriz energética é baseada em combustíveis fósseis.
E o hidrogênio é gerado, principalmente, a partir do gás natural. CH4.
Aplicações H2: O hidrogénio é utilizado pela indústria química para síntese das matérias plásticas, do poliéster e do nylon.
No domínio espacial, o hidrogénio é um combustível leve e eficiente: a título de exemplo, 1 kg de hidrogénio contem três vezes mais energia do que 1 kg de gasolina. Reage com o oxigénio líquido transportado nos foguetões (em particular Ariane 5) para fornecer uma grande quantidade de energia.
A indústria do vidro também utiliza hidrogénio. Para obter vidro plano (para janelas, ecrãs planos, etc.), o vidro em fusão é estirado a cerca de 1 000°C sobre um banho de estanho também ele próprio em fusão. Uma atmosfera protectora constituída por azoto e hidrogénio permite proteger esse banho de estanho.
Na electrónica, o hidrogénio é utilizado como gás de varrimento aquando das etapas de depósito de silício ou da produção de circuitos impressos.
Economia do Hidrogênio: Projeta-se para a década de 2080 que 90% da energia provirá do hidrogênio 
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Semicondutores
Estrutura de bandas;
Nível de Fermi;
Impurezas e dopantes;
Centros de recombinação;
Heterojunção NP;
Zona de depleção.
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Trivalentes: comem eletron de valencia do semicondutor, criando um buraco (P)
pentavalente: se ligam covalentemente com os átomos do semicondutor, gerando elétrons livres (N)
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Eletrólito
EF
Semicondutores Aplicados a Células Solares
Funcionamento de uma célula fotoeletroquímica;
V
Semicondutor tipo-n
1,23 V
H2O(l) + 2h+ → ½O2(g) + 2H+(aq) 
2H+(aq) + 2e- → H2(g)
Metal
EF
E = hf
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BiVO4
TiO2
BiVO4
Band gap 2,4 eV;
UV e Luz Visível;
Estável em pH 1 a 11;
STH 9,2 %;
Estrutura Monoclínica;
Baixo transporte de carga.
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BiVO4 – dopado com W e Mo
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Pqqq??? Por tentativa e erro
Dopagem de 5%
8
DRX
Mo6+ ≈ 0,059 nm 
W6+ ≈ 0,062 nm 
V5+ ≈ 0,054 nm
BiVO4 – dopado com W e Mo
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BiVO4 – dopado com W e Mo
Espectro de absorção Mo:BiVO4 e W:BiVO4
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Medidas de fotocorrente
BiVO4 – dopado com W e Mo
Mo:BiVO4 j ≈ 2,38 mA cm-2
W:BiVO4 j ≈ 1,98 mA cm-2
BiVO4 puro j ≈ 0,42 mA cm-2
1,23 V
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Densidade de estados
BiVO4 – dopado com W e Mo
BV
BC
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WO3 / BiVO4
WO3;
Espectro de absorção;
Medidas de fotocorrente;
IPCE.
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Custos Estimados
Metas do Departamento de Energia
1000h;
Eficiência 10%-20%
$2/kg - $4/kg
Longo Prazo
2015
$17,30/kg
2020
$5,30/kg
Temporárias
Célula Solar
$50/kg - $100/kg
$17/kg
Gás Natural
$2,10/kg
Custo atual
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Célula a Combustível
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Conclusão
 Dopagem 
Número de portadores de carga
Resposta fotoativa 
Heterojunção
Recombinação de carga 
Resposta fotoativa
Custos
Desafios
Custos
Produção em massa
Eficiência
Segurança em transporte e armazenamento H2
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Referência Bibliográficas
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