O objetivo de uma célula solar é transformar energia luminosa em elétrica, estas células
são feitas de um material semicondutor, em geral utiliza-se o silício. Basicamente uma
célula solar é uma junção p-n que ao sofrer a incidência de luz irá produzir uma corrente
elétrica.
O silício cristalino que pode ser utilizado como matéria prima da célula, possui certas
propriedades físicas específicas. O átomo de silício possui exatamente quatro elétrons em
sua última camada eletrônica, estes quatro elétrons estão todos sendo compartilhados por ligações covalentes, e portanto, não tem liberdade de se movimentar pelo cristal. Sendo
assim, o silício cristalino não é um bom condutor de eletricidade. Para contornar este
problema certas impurezas são acrescentadas ao cristal. Suponha que seja feita uma difusão
de fósforo no silício, neste caso alguns sítios de Si são substituídos por átomos de fósforo 5
que pertencem ao grupo V da tabela periódica e, conseqüentemente possuem cinco átomos
na última camada. Portanto, os átomos de fósforo terão quatro de seus elétrons
compartilhados, restando um elétron que não faz parte de uma ligação covalente, mas ainda
é atraído pela carga positiva do núcleo de fósforo.
Ocorre então que os elétrons do fósforo que não estão fazendo parte de uma ligação
covalente conseguem romper facilmente a sua ligação com o núcleo, sendo necessário
apenas uma baixa energia para fazer isso. Neste caso, estes elétrons passam a ser
considerados livres e o silício dopado passa a possuir uma camada do tipo n.
Como foi dito anteriormente as células solares são basicamente uma junção p-n,
portanto apenas uma das faces do silício é dopada com fósforo. A outra face deve ser
dopada com um elemento do grupo III da tabela periódica, como por exemplo, o Al. Estes
elementos possuem três elétrons na última camada, e, portanto ao substituírem um átomo
de silício formarão um “buraco” que será definido como a ausência de uma carga negativa.
Imagine agora que a face dopada do silício que é tipo n está separada da face que é tipo
p, se for feita uma experiência imaginária onde as duas partes são colocadas em contato
seria esperado os elétrons “fluírem” de regiões de baixa concentração eletrônica para
regiões de alta concentração, e de forma análoga, este comportamento seria esperado
também para os buracos. Entretanto quando elétrons deixam o lado tipo n ocorre o
surgimento de um acúmulo de carga positiva na fronteira do contato p-n, da mesma forma
ocorre um acúmulo de carga negativa no lado tipo p. Este desequilíbrio de cargas que
ocorre na fronteira da conexão tipo p - n será responsável pelo surgimento de um campo
elétrico que irá se opor a tendência natural da difusão de elétrons e buracos, e assim uma
situação de equilíbrio será atingida, conforme pode ser visto na figura 2.1 1 Dessa forma o que é formado é um diodo de junção p – n, onde os elétrons são favorecidos a fluir na direção da face tipo n. No momento em que a luz formada por fótons incide na célula solar haverá a formação de pares elétrons – buraco. Para cada fóton que possui energia suficiente haverá a formação
de um elétron e de um buraco. Nestas condições os elétrons produzidos irão fluir para o
lado tipo n e os buracos irão para o lado tipo p, este fluxo de elétrons será responsável pelo
surgimento de uma corrente, e como o campo elétrico da célula irá fornecer a diferença de
potencial, será possível gerar potência, que é exatamente o produto destas duas grandezas
físicas. Conectando fios que permitam conduzir a corrente elétrica é possível fazer
