Explique, em termos do comportamento do semicondutor, por que um painel fotovoltaico gera corrente elétrica…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
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Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Explique, em termos do comportamento do semicondutor, por que um painel fotovoltaico gera corrente elétrica quando iluminado.
- A) O calor gerado pela luz faz os elétrons se moverem.
- B) A luz reflete e gera eletricidade sem interação com elétrons.
- C) Elétrons são empurrados por correntes elétricas externas, criando energia.
- D) Fótons são absorvidos e se tornam moléculas de energia elétrica.
- E) Fótons com energia = band gap excitam elétrons da banda de valência para a banda de condução; a junção elétrica separa elétrons e buracos, gerando corrente no circuito externo.
✅ Resposta correta: alternativa E
Resolução passo a passo
- Identifique o que a questão pede: explicar, em termos do comportamento do semicondutor, por que o painel fotovoltaico gera corrente quando iluminado. Ou seja, é preciso descrever o que acontece com os elétrons dentro do material.
- Lembre o princípio básico: em um semicondutor como o silício, os elétrons ocupam a banda de valência em condições normais. Se um fóton tiver energia igual ou superior ao band gap (a energia que separa as bandas de valência e de condução), ele pode transferir essa energia a um elétron, que salta para a banda de condução, deixando um buraco na banda de valência.
- Note que a geração de corrente exige separação de cargas. A junção p-n cria um campo elétrico interno que empurra os elétrons para um lado e os buracos para o outro. Quando há um circuito externo ligado, esses elétrons circulam por ele, e isso é a corrente elétrica.
- Compare com as alternativas. A alternativa E descreve exatamente esse mecanismo: excitação pelo fóton com energia igual ao band gap, transição entre bandas e separação de elétrons e buracos pela junção. Portanto, E é a correta e coincide com o gabarito.
- Por que as outras estão erradas: A atribui o efeito ao calor, quando o fenômeno é a absorção de fótons e não o aquecimento. B diz que a luz gera eletricidade sem interagir com elétrons, o que contradi a própria base do efeito fotovoltaico. C supõe que correntes externas empurram os elétrons, invertendo a causa, já que a energia vem da luz. D fala em fótons que se transformam em moléculas de energia elétrica, o que não existe como processo físico.
- Conclusão: a resposta é E, pois é a única que explica o comportamento do semicondutor (excitação por fótons, transição de banda e separação de cargas) de forma correta.
💡 Dica: Relacione a absorção de fótons à excitação dos elétrons e à separação de cargas na junção.
Alternativa por alternativa
O aluno acredita que a luz age termicamente, como se o aquecimento do painel fosse a causa direta do movimento dos elétrons. Confunde o efeito fotovoltaico com o efeito térmico.
Por que engana: Confundir o efeito fotovoltaico com o aquecimento do painel ou supor que a luz gera eletricidade sem excitar elétrons e separar cargas no semicondutor.
O aluno entende que a luz apenas reflete no painel e que a eletricidade surge sem qualquer interação com os elétrons do material. Desconsidera que a absorção do fóton é o que libera as cargas.
O aluno inverte a causalidade, supondo que correntes externas empurram os elétrons e geram energia, quando a energia elétrica vem da absorção da luz pelo semicondutor.
O aluno imagina que o fóton, ao ser absorvido, se transforma em uma substância ou molécula de energia elétrica. Confunde fóton, que é partícula de luz, com algum tipo de matéria armazenadora de energia.
No semicondutor a luz fornece energia para criar pares elétron-buraco; o campo interno da junção p-n direciona as cargas, produzindo fluxo de elétrons quando o circuito está fechado.
Raio-X da questão
Efeito fotovoltaico em semicondutores
avaliacao
Bandas de energia em sólidos · Junção semicondutora e cargas
Revise o gap de energia, a geração de pares elétron-buraco e a função da junção semicondutora.
Confundir o efeito fotovoltaico com o aquecimento do painel ou supor que a luz gera eletricidade sem excitar elétrons e separar cargas no semicondutor.
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