Viaje al interior de un fotovoltaico

Cómo se genera la corriente eléctrica en una celda solar fotovoltaica tan delgada

Premisas

Los metales muy conocidos como los que conducen o permiten la electricidad son el cobre (Cu), Mercurio (Hg), aluminio (Al), Oro (Au) y la plata (Ag). Por ellos fluyen fácilmente los electrones de la corriente eléctrica.

Por el contrario tanto el plástico como la porcelana, el cristal, la porcelana  son eminentes aislantes de la energía eléctrica que resisten el flujo de electricidad.

Pero entre ellos hay un grupo conocido como los semiconductores de la energía eléctrica. El más directo es el silicio utilizado en la mayoría de las células fotovoltaicas.

Qué son y cómo trabajan los semiconductorespannelcapas

Gracias a Russell Ohl en 1940, hoy con claridad sabemos que si a ciertos cristales se les añadía cierta cantidad de “impurezas” éstos varían su conductividad eléctrica al exponerse a la luz.

Hubieron más investigadores ( William Shockley, Walter Brattain y John Barden) que nos brindaron sus estudios para ahora llamarlos el proceso de ‘dopaje’ al añadírsele boro y fósforo a la masa de silicio convirtiéndolo en material semiconductor de la electricidad.

Ese descubrimiento condujo al desarrollo de las celdas fotoeléctricas o celda solar fotoeléctrica.

Justamente el proceso de ‘dopaje‘ hace que un “semiconductor” como el silicio (Si) constituye de elementos que poseen características intermedias entre los cuerpos conductores y los aislantes y que permiten la circulación de la corriente eléctrica en un sentido, pero no en el sentido contrario.

Los semiconductores como el Si dopado con Boro y Fósforo donan o aceptan fácilmente a los electrones es decir se hacen más receptivos a la transferencia de electrones.

Reiteramos que una célula fotovloltaica que utiliza silicio como semiconductor, los dopantes más comunes son el boro y fósforo.

Zona “P” y “N” de una celda solarpanelcapas

El dopaje de silicio con Boro crea un material que hace aceptar fácilmente electrones (tipo ‘P’ positivo, es el segmento “absorbedor”) y dopaje de silicio con Fósforo crea una capa que hace extraes o donar fácilmente electrones (tipo ‘N’ negativo, es la capa o segmento “emisor”).

Por lo tanto, en una célula solar fotovoltaica o en una celda solar la unión de capas o segmentos entre los de tipo ‘P’ y los de tipo ‘N’ da como resultado un campo eléctrico conocido como de la célula positiva/negativa (P/N), listos para el desarrollo eléctrico.

La luz solar a corriente eléctrica 

Cada parte de la celda se compone de un entramado cristalino con infinidad de átomos de silicio. Cuando la luz de sol en forma de fotones (partículas portadoras de radiación electromagnética de la luz solar) inciden en los electrones que orbitan en los átomos del silicio, golpean a estos átomos y liberan electrones creando dos carga a cada lado de la celda, una positiva ‘P’ y otra negativa ‘N’.

Así se transfieren la energía de los fotones  a energía eléctrica al impactar en las celdas y empujar a los electrones de ellas.

Esto es el efecto fotoeléctrico. Los electrones liberan la energía de los fotones de forma calorífica que procede del sol a corriente eléctrica que sale de las celdas o paneles fotovoltaicos.

A las celdas o al conjunto de celdas que hacen un panel solar fotovoltaico se les conecta un aparato o artefacto de consumo eléctrico entonces los electrones fluyen dando energía a dicho aparato o artefacto. La corriente genera trabajo.

La mayoría de las células fotovoltaicas caen en una de dos categorías básicas: silicio cristalino o de capa fina. Módulos de silicio cristalino pueden realizaron con monocristalino, policristalino o cinta.

Thin-film es un término que abarca una gama de diferentes tecnologías, como el silicio amorfo, y una serie de variaciones que utilizan otros semiconductores como el teluro de cadmio o CIGS (cobre, indio y galio diseleniuro).

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