Do selênio ao silício: a trajetória da energia fotovoltaica

Painéis fotovoltaicos instalados no campus João Pessoa do IFPB

O sonho de um dispositivo capaz de produzir eletricidade a partir da luz remonta ao século XIX. Desde então, a evolução dos estudos a respeito da energia fotovoltaica passou pela corrida espacial e foi beneficiada pela crise do petróleo, nos anos 1970.

Tiago Eloy Zaidan*

Na primeira metade da década de 1950, o engenheiro Daryl Chapin dos laboratórios Bell, nos Estados Unidos, buscava alternativas às baterias elétricas para alimentar redes telefônicas remotas. Passou a dedicar especial atenção às possibilidades de o sol fornecer a energia necessária. Afinal, mais de cem anos antes, em 1839, Edmond Becquerel havia observado pela primeira vez o chamado efeito fotovoltaico, no qual a energia é obtida a partir da conversão direta da luz.

O engenheiro da Bell debruçava-se sobre o selênio como matéria-prima para células solares. O uso do selênio não era uma novidade. Já em 1877, os inventores norte-americanos W.G. Adams e R. E. Day haviam estudado as propriedades fotocondutoras do elemento, o que redundou no desenvolvimento do “primeiro dispositivo sólido de produção de eletricidade por exposição à luz”, segundo esclarecem António Vallêra, da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, e Miguel Brito, do Centro de Física da Matéria Condensada, em Lisboa, no artigo Meio Século de História Fotovoltaica, publicado no periódico da Sociedade Portuguesa de Física.

Fosse no século 19, fosse o século 20, os resultados do uso do selênio decepcionavam em função da baixíssima eficiência e dificilmente resultariam em uma solução viável. Chapin estava, portanto, diante de um entrave. O obstáculo, no entanto, foi demolido por volta de 1953, quando dois colegas pesquisadores dos laboratórios Bell, o químico Calvin Fuller e o físico Gerald Pearson, o procuraram de posse de descobertas animadoras. Fuller “desenvolveu um processo de difusão para introduzir impurezas em cristais de silício, de modo a controlar as suas propriedades elétricas”, explicam Vallêra e Brito. A este processo, dá-se o nome de “dopagem”. Pearson, por sua vez, banhou a barra de silício, que havia sido dopada por Fuller, em lítio. O resultado foi promissor e apontou um caminho a ser trilhado a partir de então. Enquanto a célula de selênio estudada por Chapin não alcançava sequer 1% de eficiência, a nova célula de silício dopada e banhada a lítio demonstrou eficiência de conversão em torno de 4%. Os três pesquisadores aprofundaram o estudo e apresentaram a primeira célula solar em 25 de abril de 1954, em Washington, durante a Reunião Anual da National Academy of Sciences.

Apesar do entusiasmo inicial, e da primeira aplicação prática da célula solar, no interior da Geórgia, nos Estados Unidos, alimentando, a partir de outubro de 1955, uma rede telefônica local por menos de um ano, logo se percebeu que os altos custos tornavam a tecnologia pouco competitiva. Tanto que, por décadas, as células fotovoltaicas tiveram aplicações bem específicas, como em veículos espaciais e em satélites.

Na primeira metade da década de 1970, todavia, grandes produtores de petróleo, articulados em uma espécie de cartel, a OPEP, causaram pânico ao decidirem reduzir a produção de petróleo, forçando a elevação significativa dos preços. Nesse contexto, governos e empresas passaram a se dedicar com mais afinco a pesquisar fontes alternativas de energia, como forma de mitigar a dependência pelo petróleo do Oriente Médio. Foi então que a tecnologia, a qual vinha sendo aplicada no espaço, passou a ser concebida como uma possibilidade para o atendimento das demandas terrestres por energia. Novos investimentos foram feitos com vistas a reduzir os custos da produção de células fotovoltaicas. Aliados a novos estudos, vários países, também sensibilizados com questões ambientais, passaram a conceder subsídios para incentivar o acesso da população à tecnologia dos painéis fotovoltaicos. A Europa, sobretudo a Alemanha, destacou-se nos anos 1990 pela concessão de tais subsídios. Hoje, a China ocupa lugar de destaque na exploração de energia fotovoltaica.

Já nos Estados Unidos, parte significativa do acesso da população à tecnologia da geração fotovoltaica tem se dado através de leasing. Trata-se de um modelo de negócio no qual o usuário não possui o sistema fotovoltaico. Uma empresa fornece todo o sistema por meio de uma espécie de contrato de aluguel. Mesmo pagando uma mensalidade à empresa, a economia na nova conta de energia acaba compensando o gasto do usuário, com a vantagem de que este não precisa se preocupar em operar o sistema.

Tiago Eloy Zaidan é jornalista e professor da Unidade Acadêmica de Gestão e Negócios do Instituto Federal da Paraíba – campus João Pessoa.

TOLMASQUIM, Mauricio (Coord.). Energia renovável: hidráulica, biomassa, eólica, solar, oceânica. EPE: Rio de Janeiro, 2016.

VALLÊRA, António & BRITO, Miguel. Meio século de história fotovoltaica. Gazeta de Física, Lisboa, Vol. 29, Fasc. 1-2, Págs. 10 – 15, 2006.

ZILES, Roberto & BENEDITO, Ricardo. Panorama das aplicações da energia solar fotovoltaica. In: GOLDEMBERG, José & PALLETA, Francisco (Org.). Energias renováveis. São Paulo: Blucher, 2012. Págs. 33 – 42.