El efecto fotovoltaico

 ¿Cómo producen energía eléctrica las células fotovoltaicas?

En esta publicación le explicamos de forma clara y sencilla ( dentro de la complejidad del proceso fotovoltaico) como las placas solares son capaces de producir energía eléctrica.

Solar Fotovoltaica: Aprovechamiento de la energía solar para la producción de energía a través de unas células fotovoltaicas construidas por un material cristalino semiconductor, silicio.

Los materiales usados en las células fotovoltaicas son los SEMICONDUCTORES (Silicio).

• La energía que liga a los electrones de valencia con su núcleo es similar a la energía de los fotones (partículas que forman los rayos solares).

• Cuando la luz solar incide sobre un material semiconductor, se rompen los enlaces entre núcleo y electrones de valencia, que quedan libres para circular por el semiconductor.

• El lugar que deja el electrón al desplazarse se le llama hueco y tiene carga eléctrica positiva (de igual valor que la del electrón pero de signo contrario).

Los electrones libres y los huecos creados por la radiación tienden a recombinarse perdiendo su actividad. Para que esto no ocurra, y poder aprovechar esta libertad de los electrones, hay que crear en el interior del semiconductor un campo eléctrico, mediante la agregación de elementos dopantes, como el Boro o el Fósforo.

El material más utilizado en la fabricación de células solares es el silicio (Si), que posee cuatro electrones de valencia.

Para crear un campo eléctrico en este tipo de semiconductores se unen dos regiones de silicio tratadas químicamente, llamada unión “p-n”.

ESQUEMA DE UNIÓN TIPO "P-N"

La tensión que aparece entre las zonas, llamada barrera de potencial, se opone a la ley de difusión,

puesto que el potencial positivo que se va creando en la zona N repele a los huecos que se acercan de

P, y el potencial negativo de la zona P repele a los electrones de la zona N.

Cuando ambas zonas han perdido cierta cantidad de portadores mayoritarios que se han recombinado, la barrera de potencial creada impide la continuación de la difusión y por tanto la igualación de las concentraciones de ambas zonas. La barrera de potencial es del orden de 0.2V cuando el semiconductor es de germanio (Ge) y de unos 0.5V cuando es de Silicio (Si).

De forma resumida y desde el punto de vista eléctrico, el “efecto fotovoltaico” se produce al incidir la radiación solar (fotones) sobre los materiales que definimos como semiconductores extrínsecos.

La energía que reciben, proveniente de los fotones, provoca un movimiento aleatorio de electrones en el interior del material.

Al unir dos regiones de un semiconductor al que artificialmente se había dotado de concentraciones diferentes de electrones, mediante la agregación de elementos dopantes, como el Boro o e Fósforo, se provocaba un campo electrostático constante que reconducía el movimiento de electrones.

Este material formado por la unión de dos zonas de concentraciones diferentes de electrones se denomina unión PN, pues la célula solar en definitiva es esto; una unión PN en la que la parte iluminada será la tipo N y la no iluminada será la tipo P.

Rendimientos de las células basadas en la tecnología del Silicio

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