Uma revisão dos princípios da conversão fotovoltaica de energia

• Published in: Revista Brasileira de Ensino de Física Vol. 42
• Main Authors: Lima, Ariane A., Menezes, Natalia Pereira, Santos, Sthefany, Amorim, Byanca, Thomazi, Fabiano, Zanella, Fernando, Heilmann, Armando, Burkarter, E., Dartora, Cesar A.
• Format: Journal Article
• Language: Portuguese
• Published: Sociedade Brasileira de Física 2020
• Subjects: conversão fotovoltaica; célula solar; fóton; polímeros fotoativos; semicondutores
• ISSN: 1806-1117; 1806-9126; 1806-1117
• DOI: 10.1590/1806-9126-rbef-2019-0191

Resumo A conversão fotovoltaica de energia é uma área de pesquisa muito ativa devido à necessidade de ampliar a participação das fontes de energia renováveis na matriz energética global. Os esforços de pesquisa vão desde a modelagem de dispositivos fotovoltaicos a partir de princípios físicos fundamentais ou fenomenologias, passando pelo desenvolvimento e caracterização de novos materiais e dispositivos aplicáveis na conversão fotovoltaica e indo até os estudos de impacto ambiental e aspectos econômicos. No presente trabalho, utilizando-se do modelo de sistema de dois níveis acoplado a um campo de fótons, apresentam-se os princípios físicos da conversão fotovoltaica de energia. Com isso, além de servir de rápido guia para os pesquisadores e estudantes no campo da conversão fotovoltaica, o problema spin-bóson é utilizado de forma pedagógica para servir como um exercício contextualizado de mecânica quântica e física dos semicondutores.
Abstract Photovoltaic energy conversion is an extraordinarily active research field, mainly due to the need for increasing the participation of renewable energy sources in the world energy matrix. Research efforts range from the photovoltaic devices modelling from first principles or using phenomenology and the development and characterization of novel photovoltaic materials and devices to environmental and economical aspects of photovoltaic energy. The present work presents the physical aspects of photovoltaic energy conversion, using in a pedagogical way a two system level coupled to a photon field as a toy model to discuss the main ideas, serving as a quick guide for researchers and students in the field.