Celulas solares y energía fotoeléctrica

Introducción
Una célula fotoeléctrica, también llamada célula solar o celda fotovoltaica, es un dispositivo electrónico que permite transformar la energía luminosa (fotones) en energía eléctrica (electrones) mediante el efecto fotovoltaico.
Compuestos de un material que presenta efecto fotoeléctrico: absorben fotones de luz y emiten electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, elresultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad. Fue descubierto por Heinrich Hertz en 1887, y posteriormente explicado teóricamente por Einstein por lo cual obtuvo el Premio Nobel de Física en 1921.
Para que una fuente de energía pueda ser utilizada globalmente y pueda ser una solución seria al problema energético, ha de ser barata y eficiente. Actualmente, laenergía solar tan solo cumple una de esas dos condiciones: o bien es barata pero ineficiente, o bien es eficiente pero cara. Las células solares basadas en el silicio pueden manufacturarse a gran escala de forma barata, ya que el silicio es un elemento muy abundante y conocido, pero estas células tienen una eficiencia máxima en torno al 20%. Sin embargo, existen células solares basadas en arseniuro degalio con eficiencias que pueden superar el 40%, pero son mucho más caras que las de silicio. La desventaja es que el galio es uno de los elementos más raros de la naturaleza, y esto encarece el producto. Además, el arseniuro de galio es extremadamente contaminante. Este tipo de células son usadas por ejemplo en la tecnología aeroespacial, pero nunca a gran escala.
La solución de las células debanda intermedia pretende conseguir una tecnología barata y con una alta eficiencia, teóricamente hasta un 63%, convirtiéndose así en una alternativa viable a la crisis energética mundial.
La vida útil media a máximo rendimiento se sitúa en torno a los 25 años, período a partir del cual la potencia entregada disminuye.
Al grupo de células fotoeléctricas para energía solar se le conoce como panelfotovoltaico. Los paneles fotovoltaicos consisten en una red de células solares conectadas como circuito en serie para aumentar la tensión de salida hasta el valor deseado (usualmente se utilizan 12V ó 24V) a la vez que se conectan varias redes como circuito paralelo para aumentar la corriente eléctrica que es capaz de proporcionar el dispositivo.
El tipo de corriente eléctrica que proporcionanes corriente continua, por lo que si necesitamos corriente alterna o aumentar su tensión, tendremos que añadir un inversor y/o un convertidor de potencia.

¿De qué están hechas?
Las células solares, también denominadas células fotovoltaicas, se construyen con semiconductores, que como su nombre indica: ni son materiales conductores ni aislantes. Vamos a explicar la razón básica por la que seescoge este tipo de material:
En un metal(conductor), los electrones de la última capa del átomo ocupan niveles de energía altos que les permiten escaparse del enlace que les une a su átomo. El conjunto de estos niveles, muy próximos unos de otros, forman parte de la llamada: banda de conducción (BC). Esta banda está formada, además, por niveles de energía vacíos, y es la existencia de estosniveles la que permite que los electrones puedan saltar a ellos cuando se les pone en movimiento, al aplicar un campo eléctrico, por ejemplo,  originándose una corriente eléctrica. Los demás electrones del átomo, con energías  menores, forma la banda de valencia (BV). La distancia entre ambas bandas, en términos de energía, es nula; ambas bandas se solapan de manera que los electrones de la BV con másenergía se encuentran, también, en la BC. 
En las sustancias aislantes la BC está vacía porque todos los electrones, incluidos los de la última capa están ligados al átomo, tienen una energía más baja, y por lo tanto se encuentran en la banda de valencia, y además la distancia entre las bandas (llamada banda prohibida, o gap) es grande, con lo que les es muy difícil saltar a la BC. Como la BV...