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Efecto fotovoltaico

El efecto fotovoltaico fue descubierto por Becquerel cuando en 1939 experimentaba con dos electrodos metálicos en una solución conductora, y apreció un aumento de la generación de electricidad con la luz.

El efecto fotovoltaico se basa en la capacidad de semiconductores, como el silicio, de generar directamente energía eléctrica cuando se exponen a la radiación solar. Para la transformación de la energía solar en energía eléctrica es necesario disponer de unos sistemas formados por células fotovoltaicas, que es el elemento principal de la instalación fotovoltaica.

La luz esta formada por fotones que transportan energía. Cuando un fotón choca con la célula fotovoltaica, es absorbido por materiales semiconductores y libera el electrón, que al ser libre, deja un hueco con carga positiva. Por lo tanto cuanto mayor es la cantidad de fotones que chocan con la célula, más huecos generan y más cantidad de energía.

Semiconductor
Semiconductor

Los materiales semiconductores son los elementos que tienen 4 electrones en su última capa. Estos elementos como silicio, comparten sus 4 electrones con otros 4 átomos de silicio mediante enlaces covalentes, dando lugar a una estructura cristalina. A la temperatura de 0ºK se puede asegurar que todos los electrones están en el enlace, conforme aumenta la temperatura, aumenta la energía que toman los electrones. Cuando llega a un nivel de energía salta del enlace, conviertiéndose en un electrón libre (portador de carga), dejando un hueco (se comporta como carga positiva). Ese electrón se moverá por la red cristalina hasta que encuentren un hueco.

Tipos de semiconductores:

  • Tipo N: tienen exceso de electrones.
    Semiconductor Tipo N
    Semiconductor Tipo N
  • Tipo P: tienen exceso de huecos.
    Semiconductor Tipo P
    Semiconductor Tipo P

A ambos tipos los ponemos en contacto creando una unión tipo P-N que tienen las propiedades específicos. En la superficie común de separación se dispersan los electrones que hay en el semiconductor N con el semiconductor P no habiendo diferencia de ellos en esa zona muy clara, penetrando un poco del lado de dicha frontera o región de agotamiento. 

Region de Agotamiento
Región de Agotamiento

La difusión de electrones y huecos del semiconductor N se cargue positivamente y el semiconductor P negativamente, creándose una diferencial de potencial de décimas de voltio, la cual da lugar a un campo eléctrico que restablece el equilibrio evitando que continúe el flujo de los portadores.

Si incide la luz solar sobre la zona de unión, los fotones van a liberar electrones adicionales al mismo tiempo que dejan hueco en su lugar. Estos pares electrón-hueco debido al campo eléctrico generado en la unión, adquieren movimiento y se pueden recoger con la ayuda de un conductor, apareciendo una corriente eléctrica que creará en cuanto se suprima la incidencia de la luz.

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