Enunciado
Física - Alaor Chaves- Ed: 1º - Capítulo 23.Exercícios e Problemas - Ex. 2
Uma célula fotovoltaica é baseada no GaAs, sujas bandas de valência e de condução estão separadas pela energia . A célula é iluminada com luz vermelha, cujos fótons têm energia . A potência luminosa total incidente na célula é .
a) Supondo que toda a energia incidente seja absorvida pelo GaAs e que cada fóton absorvido gere um par elétron-buraco na célula, calcule a quantidade de elétrons excitados a cada segundo para a banda de condução.
Supondo que 35% dos pares elétron-buraco gerados sejam afastados um do outro antes de se recombinarem novamente no GaAs, calcule:
b) a corrente elétrica gerada pela célula.
c) a potência gerada.
Passo 1
Eai pessoal, beleza?
Nesse problema vamos brincar um pouco com a célula fotovoltaica apresentada na seção 23.2.3 do livro.
O primeiro passo é calcular a quantidade de elétrons que são excitados para a banda de condução em 1 segundo. Como a potência luminosa é de , em 1 segundo a energia luminosa fornecida é
Convertendo para :
Daí, basta dividir essa energia por (energia de cada fóton) que calculamos a quantidade fótons que são convertidos em pares elétrons-buraco:
Ou ainda,
Passo 2
Se 35% desses pares são afastados um do outro, a quantidade de pares que vai contribuir para a corrente é
A carga associada a cada par é o dobro da carga elementar, pois temos que considerar uma carga negativa se movendo para um lado e um buraco com carga positiva se movendo para o outro, de modo que a carga associada a esse processo é
Com isso ocorre no intervalo de tempo de , temos que
Já para achar a potência, nós vamos usar a tradicional fórmula
A tensão é dada por
Assim,
Com isso fechamos a questão 😉.