EFECTO FOTOVOLTAICO

La materia prima necesaria para la fabricación de las células fotovoltaicas es el silicio, Se suele extraer  de minas de dióxido de silicio, denominado comúnmente  Cuarzo (SIO2), El  cuarzo puro es un mineral  sólido y trasparente aunque puede encontrarse combinado con otras sustancias que le proporcionan distintas coloraciones.

                                                             

Hace ya más de cien años (Becquerel , a mediados del  siglo XIX) se pudo alterar el comportamiento eléctrico  de ciertos materiales originando , bajo unas condiciones determinadas , una corriente eléctrica, Desde entonces se Ha venido investigando  sobre las formas eficientes de generar energía eléctrica  a partir de la radiación solar, y al dispositivo básico utilizado para conseguirlo se le llama célula fotovoltaica o célula solar.

El principio de funcionamiento de las células solares es el efecto fotovoltaico. Este efecto se basa en la unión de dos elementos semiconductores, uno tipo  n  y otro tipo p  que provoca una diferencia de potencial en las proximidades de esta unión.

Los fotones trasfieren la energía de la radiación solar incidente a los electrones de los semiconductores, liberándolos de la red cristalina a la que estaban unidos, (generación electrón-hueco).

En la red cristalina de silicio tendremos que sustituir unos de sus átomos, que tienen cuatro electrones en su capa más externa, por otro elemento que contenga cinco electrones en la capa exterior, Esto recibe el nombre de  “silicio dopado tipo n”. Las impurezas que se utilizan para ser mezcladas con la capa cristalina de silicio tipo n suelen  ser  arsénico, antimonio, y el fosforo, siendo este ultimo el más común.

P = Fosforo  5 e- en la última capa

En la parte inferior de la célula solar se le coloca otra estructura de silicio. Pero en este caso de le dopa con un compuesto que posea en su última capa solo tres. Se le conoce como  “silicio dopado tipo P” El dopaje de silicio tipo p se realiza con boro.

BO = Boro 3 e- en la última capa

En Resume, el semiconductor  n posee electrones libres y el semiconductor  P posee  huecos  y necesita electrones para ocuparlos.

Al  unir una lamina del semiconductor n con otra del semiconductor p, en la zona de contacto, los electrones libres de n ocupan los huecos de p, mediante un proceso natural llamado Difusión. Se produce entonces una electrización negativa en p y positiva en n, a la unión n-p se le conoce como diodo que en este caso, solo permite el paso de electrones externos hacia arriba,(los electrones externos son atraídos por la zona positiva del semiconductor n siendo repelidos por la zona negativa del conductor p) en un diodo solo circulan electrones en un sentido.

Una célula fotoeléctrica es un diodo NP, donde los electrones externos reciben energía de la luz y salen, por tanto con más energía que la que entraron al dipolo.

Mediante los contactos existentes en la célula, puede disponerse un circuito exterior, por el que circulara una corriente eléctrica, la cual podrá entregar potencia eléctrica útil.

 

Merece la pena hacer hincapié en el hecho, de que la diferencia de potencial existente entre los extremos de la célula FV, confieren al efecto fotovoltaico un carácter dinámico, o mejor dicho, su aprovechamiento depende de la presencia de potencial en los extremos de la célula, lo que inevitablemente requiere de la presencia de la radiación solar incidente.

Lo que se acaba de decir es que la celeula FV no es un acumulador eléctrico, y su capacidad de general energía eléctrica esta supeditada a la presencia de radiación solar incidente sobre ella.

Los dos parámetros que caracterizan el funcionamiento de una célula solar son los siguientes.

La eficiencia: que se define como el cociente entre la potencia eléctrica generada por la célula  y la potencia total de la radiación incidente sobre ella.

La respuesta espectral: que se define como el consiente entre la corriente fotovoltaica generada por la célula y la potencia radiante incidente.