Capitulo3

2. Marco Teórico
3.1 La Tecnología de las Celdas Solares 
Su principio fundamental se encuentra en el efecto fotoeléctrico y en los
semiconductores. Un fotón que posee una energía superior a la energía de banda
prohibida (band gap) (h > Egap) incidente sobre un semiconductor es capaz de
excitar a los electrones de la capa de valencia hasta la banda de conducción,
permitiendo de esta manera unflujo de corriente eléctrica.7
Lo que ocurre en el semiconductor de la celda solar es que al ser iluminado,
el semiconductor recolecta los fotones con energía que exceden la energía de
band gap. Al ser promovido el electrón, se forza una separación de electrones, es
decir, cuando un electrón es promovido de la banda de valencia a la de
conducción deja sobre la banda de valencia un agujero (unespacio sin ocupar)
cargado positivamente. Mientras tanto, el electrón se mueve de la interfase hacia
el circuito externo, el hueco migra hacia la interfase del semiconductor. Ya dentro
de la interfase, el hueco oxida al agente electrodonador contenido en la solución,
que en el caso de las celdas solares viene siendo el colorante que va del orbital
HOMO al LUMO. El material oxidado migra hacia elcontraelectrodo para ser
reducido y cerrar el ciclo. De esta manera, la eficiencia depende directamente del
material

utilizado, tanto de los fotoánodos, los cátodos y hasta los

sensibilizadores.8
En esta explicación podemos encontrar las principales características de las
celdas solares sensibilizadas por colorantes: el material que se debe de utilizar, ya

que de este depende la cantidad de luzincidente que se captará y la facilidad con
la que los electrones pasarán a la banda de conducción. Por lo anterior, lo común
es utilizar materiales del tipo semiconductor con una movilidad de carga mayor así
como costos bajos para su producción a gran escala.7
3.2 Antecedentes 
Como se había explicado anteriormente, se puede afirmar que es
completamente imposible la existencia del mundo como loconocemos sin el uso
de la energía. Por esta razón, muchos científicos a lo largo de todos estos años
han buscado la forma de encontrar alternativas de energía que sean más limpias,
así como con mayor eficacia en su conversión. Además, de forma paralela, se ha
creado una mayor conciencia del uso racional de la energía debido al daño que
actualmente existe hacia el medio ambiente.
El desarrollo de unade las formas alternas de energía comenzó con el
físico francés Edmund Becquerel en el año de 1839, el primer científico en notar el
efecto fotoeléctrico, al observar que ciertos materiales producían pequeñas
cantidades de energía eléctrica al ser incididos con luz solar. En el año de 1905,
Albert Einstein sentó las bases de la naturaleza de la luz y el efecto fotoeléctrico,
en el cual se encuentrabasado el fenómeno fotovoltaico, y por ende, las celdas
solares.46
En la década de los 50´s, la industria espacial fue la primera en hacer uso
de tecnologías solares, iniciando las investigaciones en torno a estos dispositivos.
Sin embargo, las aplicaciones en ese entonces eran únicamente en el entorno
espacial así como militar9. En el año de 1970, con la crisis del petróleo así como

lasmejoras en los materiales con los que eran manufacturadas las celdas solares,
se logró tener una eficiencia de las celdas solares de hasta un 24%7 sin embargo,
los precios eran muy elevados como para poder comercializarse por lo que se
empezaron a investigar diferentes componentes que disminuyeran los costos y, a
la vez, incrementara la eficiencia de éstas celdas. No obstante, a partir de esta
década,se introdujeron las películas delgadas como materiales potenciales para
la realización de celdas solares a gran escala además de que se utilizó una
estructura del tipo sándwich y el uso de diversos materiales con capacidad de
absorción a diferentes longitudes de onda para reducir la pérdida de electrones.
Finalmente, el sustrato en donde se deposita todo el material perteneciente a la
celda, es...