Qué es un semiconductor en las células

Los enlaces entre los átomos se cumplen gracias a la presencia de los electrones de valencia que tienen cada material que se comparten entre ellos.

Estos electrones se encuentran en los últimos niveles de energía del átomo, son los principales responsables del tipo de enlace químico de los átomos, es decir de la fuerza que tienen los átomos para juntarse.

1. Dónde están los electrones

En el átomo distinguimos dos partes: la corteza y el núcleo.

La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos están ordenados en distintos niveles y se mueven (giran) alrededor del núcleo.electrónnn

El núcleo es la parte central del átomo. Contiene partículas con carga positiva y partículas que no tienen carga. Las primeras son los llamados protones y las segundas, los neutrones.

La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón pero la masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón (ojo).

Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones.

2. El número de electrones

Los elementos que no se combinan con otros.- Son los gases nobles (helio, neón, argón, etc.) porque tienen el mismo número (0cho electrones)  en su última órbita.

Los elementos que sí se combinan y comparten electrones gracias al número diferente de los mismos en su última órbita. Sus átomos ceden y comparten electrones con átomos de otros elementos químicos hasta alcanzar una configuración totalmente estable con sus ocho electrones.

3. Conductores y no conductores de electricidad

Los enlaces entre los electrones hacen que sean fáciles, medios, difíciles o nulos de ser conductores entre elementos químicos.

Veamos su clasificación

Conductores.- Aquellos materiales a través de los cuales la corriente de electrones viaja con relativa facilidad gracias a la propiedad de ceder y/o compartirlos  desde sus últimas órbitas respectivas.[Oro, plata, aluminio y el cobre los más usados como buenos conductores]. Sus electrones se desplazan fácilmente transmitiendo así la electricidad .

Semiconductores.- Son los elementos poco conductores tal como el silicio (Si) y el germanio (Ge)  porque sus electrones están muy fijados a su núcleo por lo que es necesario mayor energía para lograr una conductividad eléctrica. Por ello es necesario agregar o mezclar otro tipo de material tal como el fósforo (P), antimonio (Sb) o arsénico (As), boro (B) o el galio (Ga) para convertirlos en material semiconductor de la electricidad.

El comportamiento del silicio es más estable que el de germanio frente a todas las perturbaciones exteriores lo que hace que el (Si) es el elemento semiconductor más utilizado.

Los semiconductores se utilizan para construir dispositivos como diodos, leds y transistores

– Materiales que al ser enfriados bajo una temperatura crítica (desde unos pocos grados hasta unos cientos de grados en superconductores de temperatura ambiente) se transforman en conductores perfectos. – ejemplo es el silicio o el germanio, que son pobres conductores de la electricidad.

Aislantes.- Materiales que no conducen electricidad. Por ejemplo la madera, el vidrio, cerámica, vidrio, plástico, goma, papel seco, aire, etc.

Importante: Como ya conocemos, ni los átomos de silicio, ni los de germanio en su forma cristalina ceden ni aceptan electrones en su última órbita; por tanto, no permiten la circulación de la corriente eléctrica, se comportan como materiales aislantes.

4. Elemento fundamental: El Silicio

El silicio tiene algunas propiedades químicas especiales, especialmente en su forma cristalina.

silicio1Un átomo de silicio tiene 14 electrones, dispuestos en tres niveles. Las primeras dos órbitas reúnen dos y ocho electrones respectivamente – En la última órbita, 3er. nivel es diferente, hay sólo cuatro electrones.

El átomo de silicio busca la maneras de llenar su última órbita con 8 electrones, para hacer esto, comparte electrones con cuatro átomos de otro átomo vecinos. Es como si se dieran la mano entre amigos, entre átomos, se sostienen con la mano.

Cada átomo tiene cuatro manos se unen con otras cuatro del vecino para completar los ocho electrones.

Eso es lo que forma la estructura cristalina del silicio, ésto es lo que favorece a una célula para ser célula fotovoltaica, como ahondamos en otro artículo.

El único problema es que el silicio cristalino puro es un mal conductor de la electricidad debido a que ninguno de sus electrones son libres de moverse, a diferencia de los electrones en los conductores mucho más óptimos como el cobre. 

Mas adelante veremos cómo un material aislante como el Si y Ge se transforma a Semiconductor.



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2 Comentarios

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