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Células fotovoltaicas: cómo funcionan

Células fotovoltaicas: cómo funcionan

Células fotovoltaicas: cómo funcionan y cómo se fabrican. Te mostramos cómo funciona una célula solar a base de silicio.

losCeldas fotovoltaicasson capaces de convertir la radiación solar en electricidad. Esto ahora está claro para todos ... sí, pero ¿cómo lo hacen? La respuesta está en la estructura delcélula solarpero antes de entrar y vercómo funciona una célula fotovoltaicate daremos lo básico.

De la luz a la electricidad

Es importante comprender el concepto de "luz". La luz tiene naturaleza corpuscular y ondulatoria y, para simplificar, te diremos que está formada por fotones. Cada fotón, por tanto, es esa partícula elemental que forma la luz. Para entender el poder energético de la luz, te invitamos a leer nuestro artículo "Microondas, cómo funciona", verás que elcantidad de energíacontenido por un fotón depende de la longitud de onda de la radiación solar.

Considere que un fotón de 260 nm se caracteriza por una energía igual a 4.8 electronvoltios. De aquí proviene la energía que se transforma en electricidad. ¿Cómo ocurre esta transformación? Seguimos paso a paso.

Célula fotovoltaica: cómo se fabrica

La celda fotovoltaica está compuesta de silicio: este material semiconductor puede convertir la energía de la radiación solar (luz) en electricidad.

El silicio puro contiene 4 electrones de valencia. Para la producción de células solares está “dopado” para permitir un paso ordenado de electrones.

El "silicio dopado" contiene "impurezas" capaces de modificar las propiedades eléctricas del semiconductor. Al introducir átomos de fósforo, se obtiene la formación de silicio tipo n (caracterizado por una alta densidad de electrones libres). Al introducir átomos de boro se obtiene la formación de silicio tipo p (las cargas libres son positivas, llamadas huecos).

El silicio así tratado tendrá una zona P y una zona N separadas por una zona de unión conocida como "vaciado" o carga espacial. Los electrones de la zona n se difunden en la zona p, por lo que el silicio N está cargado positivamente mientras que el tipo p está cargado negativamente.

El paso de cargas es según la convención: de carga positiva a carga negativa.

Célula fotovoltaica: cómo funciona

Considere que la zona n y la zona p tienen un tamaño de unos pocos micrómetros e interpuesta entre estas dos zonas está la carga espacial. La carga espacial mantiene separadas las zonas con cargas móviles.

De esta manera, los cargos están disponibles para elconducción de electricidad.

Cuando un fotón "golpea" este sistema, se obtienen pares "electrón-hueco" en las zonas n y p. Este fenómeno se diceefecto fotoeléctrico. El tratamiento del silicio (dopaje) hace que los fotoelectrones se muevan hacia la zona n (polo positivo del campo eléctrico que se ha creado) mientras que los huecos (cargas positivas) van hacia la zona p (polo negativo del campo eléctrico).

En resumen:
en la celda fotovoltaica hay un contacto íntimo de dos capas de silicio, una de tipo py otra de tipo n. Estas dos capas se intercalan con una unión p-n o zona de vaciado, en esta zona se produce la formación de unfuerte campo electromagnético. Todo esto tiene un tamaño de unas pocas micras.

Operación fotovoltaica

La luz solar "bombardea" el semiconductor modificado. Las cargas eléctricas positivas y negativas, porefecto fotovoltaico, están separados del campo eléctrico. Existe la formación de una diferencia de potencial que dará lugar a la circulación deActual: la corriente es mayor cuanto mayor es la cantidad de luz incidente. Esto es cierto hasta cierto punto debido a un fenómeno de saturación: el exceso de energía de los fotones no siempre genera corriente eléctrica sino que se disipa en calor dentro delcélula solar.

La eficiencia de un célula solarviene dada por varios factores. Además del "techo" de energía luminosa que una célula solar es capaz de acomodar antes de disiparla en forma de calor, existen otros factores que hacen queCelda fotovoltaicamás o menos eficiente.

Para poder activar el efecto fotovoltaico, cada fotón debe tener una cierta cantidad de energía. El valor mínimo requerido para activar el efecto fotovoltaico depende del material del que está hecha la celda.

Solo una parte de la energía que el fotón transfiere al electrón de la célula solar se transforma en electricidad.

Además, no todos los pares de electrones y huecos están separados por la unión n-p, una parte se recombina dentro de la célula, sin ayudar a crear el potencial eléctrico.

Cómo se produce la corriente eléctrica con una célula solar

Para generar corriente eléctrica, las cargas que circulan en la banda de conducción deberán llegar a los contactos metálicos.

Cuando la energía de la luz incide en la célula solar, los pares de electrones y huecos dentro del compartimento de unión n - np - p se comportan de manera similar a lo que sucedería en un diodo con un generador de corriente en paralelo.


Video: Funcionamiento celda (Noviembre 2021).