LED é sinônimo de energia?

 No artigo “Usando um LED como fonte de energia”, da autoria de Esdras Garcia Alves e Andreza Fortini da Silva, do Colégio Santo Agostinho e da Escola Municipal Francisco Borges da Foncesa respectivamente, ambas de Belo Horizonte, MG, Brasil. Os autores, de forma a tornar o artigo um texto de fácil entendimento, começam falando que o Sol é muito importante para a vida no planeta terra, pois é a principal fonte de energia, liberada através da fundição de átomos de hidrogênio (H) com átomos de hélio (He), que é irradiada na forma de luz e calor por todo o seu entorno. Explicam que com a preocupação formada em relação ao grande consumo de energia e a degradação do planeta, fontes alternativas como o Sol se tornaram muito usadas em vários aspectos da vida cotidiana transformando a energia solar em energia elétrica. As células responsáveis por essa transformação são as fotovoltaicas, constituídas por materiais semicondutores de alto custo, o que limita o uso em larga escala.

 A seguir os autores sugerem que o professor, no caso o leitor, ligue um relógio digital por meio de uma célula fotovoltaica de baixo custo (um LED), para poder observar na prática a transformação da energia solar em energia elétrica.

 Dando continuidade os autores indicam a grande importância dos materiais semicondutores na indústria eletrônica, por conta da possibilidade de alteração de suas características elétricas de forma mais “simples”.    Não são totalmente isolantes, nem bons condutores, portanto podem ser alterados se adicionados átomos diferentes a estes materiais, o que os autores passam a explicam dando o exemplo do silício (Si/semicondutor) com o fósforo (P/átomo diferente) e depois com o gálio (Ga). A partir dessas junções é possível a formação de um novo material com excesso de elétrons (semi condutor tipo n) ou com falta de elétrons (semi condutor tipo p) respectivamente. Assim os autores podem dizer que uma célula fotovoltaica é a junção do tipo n com o p.

 Em seguida, os autores explicam, que quando a luz, por ser constituída por fótons com energia (E=hv, sendo h a constante de Planck e v a frequência da luz), incide sobre a junção de np, eles penetram no material e podem ser absorvidos pela banda de valência. Se a energia do fóton for da mesma ordem de grandeza da diferença de energia das bandas, o elétron terá a possibilidade de alcançar a banda de condução, estando livre para se mover. Em razão da presença de átomos dopantes, os elétrons localizados na banda de condução se moveram para a região n e os buracos da banda de valência, para a região p. Se um fio conectar as duas regiões, haverá uma corrente que se movera da região com maior concentração de elétrons, para a região de menor concentração (ddp). Para entender melhor os processos da figura 2 e 3, os autores comparam com o que ocorre na pilha, deixando o texto mais claro e de fácil entendimento.

 Posteriormente, os autores desenvolvem e explicam a utilização do LED usado como célula solar, por ser muito mais acessível em termos de mercado e custo, citam que os melhores resultados foram obtidos com o LED tipo 10 mm vermelho, com encapsulamento transparente. O LED possui uma junção pn, estando o lado n preso a um contato metálico, que também assume a função de um espelho refletor para direcionar a luz. Já no lado p há apenas um fio estabelecendo o contato elétrico entre o semicondutor e o outro terminal do LED, de modo a deixar exposta a maior parte do semicondutor. A luz sai de onde houve uma combinação de elétron e buraco, a energia liberada por um elétron que venha da banda de condução para ocupar o buraco da banda de valência, é liberada em forma de fóton, correspondendo ao valor de Eg.

Logo depois, os autores propõem a utilização do LED como um receptor de luz, apesar de o mesmo ser fabricado com o propósito de emitir luz. Entretanto, assim como a emissão de luz, a recepção é bem acentuada em torno de uma faixa de frequências, cuja energia esteja em torno de Eg. Fótons com energia muito distinta de Eg não são propriamente absorvidos. Os autores exemplificam com um LED emissor de luz verde, que será um bom receptor de luz verde, mas mal receptor de luzes de outros espectros. Dessa forma, os autores sugerem a utilização, nos experimentos, de fontes de luz como o Sol ou uma lâmpada incandescente, pois esses emissores possuem todas as frequências de luz.

 O experimento proposto pelos autores, é a utilização do LED como receptor de fótons, para alimentar um rádio relógio. Para verificar a produção de tensão elétrica do LED, basta liga-lo a um voltímetro e iluminar o LED com uma fonte de energia intensa. O semicondutor do LED, por não passar de 1 mm², a corrente gerada não passará de alguns microampères, logo é necessária uma carga compatível, por esse motivo é sugerido o rádio relógio. Em seguida, os autores explicitam passo a passo, a montagem do experimento, desde a retirada da bateria solar do relógio, a ligada dos terminais do LED aos fios do relógio e a iluminação do LED.
 No ultimo paragrafo, os autores explicam o motivo de terem elaborado o artigo em questão. Muitos livros didáticos citam o uso das células fotovoltaicas, porém não fornecem detalhes sobre seu funcionamento ou sugestões para a prática do professor.
 Em suma, os autores explicam de forma clara e direta, o funcionamento dos LED tanto como emissores e receptores de luz. E ilustram a praticidade do uso destes como receptores, em um experimento usando-os como alimentação para um rádio relógio.

Bibliografia: http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol9/Num1/led.pdf