Como funciona un sensor solar fotovoltaico

¿Cómo funciona un sensor solar fotovoltaico?
Para la fabricación de sensores solares fotovoltaicos se utiliza tecnología muy desarrollada y poco común. Si bien está al alcance de muchos fabricantes la producción de colectores solares térmicos con un grado de eficacia aceptable, no ocurre lo mismo con los sensores solares fotovoltaicos, donde muy pocas empresas en el mundo cuentan con lacapacidad y los recursos técnicos necesarios para producirlos.
El funcionamiento de los paneles se basa en el efecto fotovoltaico. De forma muy resumida y desde el punto de vista eléctrico, el “efecto fotovoltaico” se produce al incidir la radiación solar (fotones) sobre los materiales que definimos al principio como semiconductores extrínsecos.
Los semiconductores extrínsecos se caracterizan, porquetienen un pequeño porcentaje de impurezas; esto es, posee elementos trivalentes o pentavalentes, o lo que es lo mismo, se dice que el elemento está dopado.
Dependiendo de si está dopado de elementos trivalentes, o pentavalentes, se tienen dos tipos:

Semiconductores extrínsecos tipo n:


Son los que están dopados, con elementos pentavalentes, como por ejemplo (As, P, Sb). Los elementos pentavalentes,son aquellos que tienen cinco electrones en la última capa electrónica, lo que hace que al formarse la estructura cristalina, un electrón quede fuera y no forme enlace covalente alguno, quedándose en un nivel superior al de los otros cuatro. Si hay altas temperaturas, además de la formación de los pares e-h, se liberan los electrones que no se han logrado unir.

Como ahora en el semiconductorexiste un mayor número de electrones que de huecos, se dice que los electrones son los portadores mayoritarios, y a las impurezas se las llama donadoras.

En cuanto a la conductividad del material eléctrica y de calor, esta aumenta de una forma muy elevada, por ejemplo; introduciendo sólo un átomo donador por cada 1000 átomos de silicio, la conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.Semiconductores extrínsecos de tipo p:

En este caso son los que están dopados con elementos trivalentes, (Al, B, Ga, In). El hecho de ser trivalentes, hace que a la hora de formar la estructura cristalina, dejen una vacante con un nivel energético ligeramente superior al de la banda de valencia, pues no existe el cuarto electrón que lo rellenaría. 

Esto hace que los electrones salten a lasvacantes con facilidad, dejando huecos en la banda de valencia, y siendo los huecos portadores mayoritarios.


De hecho la energía que reciben estos provenientes de los fotones, provoca un movimiento caótico de electrones en el dentro del material.
Al unir dos regiones de un material semiconductor al que artificialmente se lo había dotado de concentraciones diferentes de electrones, mediante loselementos que denominábamos dopantes, se provocaba un campo electrostático constante que reconducía el movimiento de electrones. Se debe recordar que este material formado por la unión de dos zonas de concentraciones diferentes de electrones la denominábamos unión PN, pues la célula solar en definitiva es esto; una unión PN en la que la parte iluminada será la tipo N y la no iluminada será la tipoP.

   De esta forma, cuando sobre la célula solar incide la radiación, aparece en ella una tensión análoga a la que se produce entre los bornes de una pila. Mediante la colocación de contactos metálicos en cada una de las caras puede “extraerse” la energía eléctrica, que se utilizará para alimentar una carga.
Al hacer una explicación desde un punto de vista cuántico, el funcionamiento del efectofotovoltaico se basa en la capacidad de transmitir la energía de los fotones de la radiación solar a los electrones de valencia de los materiales semiconductores, de manera que estos electrones rompen su enlace que anteriormente los tenía ligado a un átomo. Por cada enlace que se rompe queda un electrón y un hueco (falta de electrón en un enlace roto) para circular dentro del semiconductor. El...