El valor de un dopaje
Capas “N y P”
1. Introducción
El término ‘fotovoltaico’ proviene del griego ‘phos’, que significa “luz” y ‘voltaico‘, que procede del campo de la electricidad, en honor al físico italiano Alejandro Volta.
El término «efecto fotovoltaico«, según datos, viene estudiándose desde 1839 hasta mejorarlo gracias a Albert Einstein por los 1905 con una mejor explicación teórica.
2. Dopaje de las capas ‘N’ y ‘P’
La denominación de zonas ‘NP’ o capas ‘NP’ se trató de explicar en un artículo especial. (Ingrese aquí).
La ‘acción de dopar‘ en este campo significa una acción de estimular a fin de potenciar artificialmente su capacidad de conductividad de corriente o movimiento de electrones.
Un átomo de silicio que tiene 4 electrones de valencia, siempre buscará maneras de llenar su última órbita a 8 electrones, para lograr esto se le dopa con fósforo que tiene 5 electrones en su última órbita con el cual compartirán electrones hasta formar una estructura cristalina pero sobrando un electrón.
Este efecto se ha conseguido gracias al «dopaje» del Si (silicio) con el P (fósforo) para formar la zona «N» en la célula fotovoltaica. Para una acción contraria, pero con el mismo fundamento de ‘dopaje‘ se practica con el boro desarrollando un semiconductor de tipo «P».
Con la inyección forzada de átomos de boro, se obtienen los ‘huecos vacíos‘, listos para ser ocupados por los electrones que vengan y genere una corriente eléctrica. Como hemos visto, el boro solo dispone de 3 electrones en su capa de valencia.
Es transformar la energía de los fotones de la luz solar en energía eléctrica dentro de las células conocidas como materiales ‘semiconductores’.
La posición de la célula o conjunto de células que forman los paneles solares fotovoltaicos es siempre con la capa ‘N’ mirando al Sol, de tal manera que cuando inciden los rayos solares o la radiación solar lo haga a través de esta cara, cuál ventana permite el ingreso de la mayor cantidad de fotones para el desarrollo del efecto fotovoltaico inmediatamente en ambas capas ‘P’ y ‘N’.(véase estructura).
3. Momento se inicia el efecto fotovoltaico.
Empieza la tecnología de transformación de luz a electricidad. El silicio tiene en su última órbita 4 e- (e-: electrones) [algunos autores dicen ‘capas’ en vez de ‘órbitas], y el fósforo tiene 5 e-, entonces se combinan 4 e- del Si (silicio) con 4 e- del P (fósforo) sobrando de este 1 e- que no se combina.
La capa «P» del Si está dopado con boro (B), este tiene en su última órbita solo 3 e-, entonces se combinan 3 e- del Si con 3 e- del B faltando 1 e- para combinar con la última del Si (silicio).
Así se ha creado el llamado «hueco» el cual facilita el movimiento de electrones
Los electrones se desplazan desde la zona «N» hacia la zona «P» con el fin de que los electrones de la zona «N» ocupen los ‘huecos’ de la zona «P» creándose el campo eléctrico, es decir, el efecto fotovoltaico.
Entonces aparece una carga negativa en la zona «P» próxima a la zona unión o junta «PN» y además una carga positiva en la zona «N» también en la parte más cerca de la junta «PN«.
4. Conclusiones
- El primer impacto de los rayos solares es sobre la cara de silicio de la capa «N». Aquí incide la luz y transmite su energía a los electrones.
- Los fotones rompen el enlace de los pares electrón-hueco que se suman al campo eléctrico de la junta PN provocando el flujo de electrones de la zona «P» a la zona «N».
- Este flujo de electrones se alimenta a una carga en forma de corriente eléctrica provocando una caída de tensión de la carga (véase el foco en la imagen arriba).
Es como un juego de billas con cientos o miles o millones de electrones como las bolas que empujan uno a otro creando los llamados ‘electrones-huecos’ o simplemente ‘huecos’ de tal manera que en el empuje y llenado de electrones y huecos genera la corriente eléctrica.