Energia solar fotovoltaica

Introducción:
La energía solar fotovoltáica es un tipo de electricidad renovable (energía eléctrica, -voltaica) obtenida directamente de los rayos del sol (foto-) gracias al efecto fotoeléctrico de un determinado dispositivo; normalmente una lámina metálica semiconductora llamada célula fotovoltaica, o una deposición de metales sobre un sustrato llamada capa fina. También están en fase delaboratorio métodos orgánicos.
Se usa para alimentar innumerables aparatos autónomos, para abastecer refugios o casas aisladas y para producir electricidad para redes de distribución.
Los módulos o paneles fotovoltaicos están formados por un cristal o lámina transparente superior y un cerramiento inferior entre los que queda encapsulado el sustrato conversor y sus conexiones eléctricas. Lalámina inferior puede ser transparente, pero lo más frecuente es un plástico de tedlar. Para encapsular se suele añadir unas láminas finas y transparentes de EVA que se funden para crear un sellado anti-humedad, aislante, transparente y robusto.

El sistema de aprovechamiento de la energía del Sol para producir energía eléctrica se denomina conversión fotovoltaica.
Las células solares estánfabricadas de unos materiales con unas propiedades específicas, denominados semiconductores.
Para entender el funcionamiento de una célula solar, debemos de entender las propiedades de estos semiconductores.

Propiedades de los semiconductores.
Los electrones que se encuentran orbitando alrededor del núcleo atómico no pueden tener cualquier energía, solamente unos valores determinados, que sondenominados, niveles energéticos, a los que se pone nombre: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p.
Las propiedades químicas de los elementos están determinadas por el número de electrones en su última capa y por electrones que faltan para completarla. En el silicio, material que se usa para la construcción de una célula solar, en su última capa, posee cuatro electrones y faltan otros cuatro para completarla.
Cuando losátomos de silicio se unen a otros, comparten los electrones de las últimas capas con la de los átomos vecinos, formando lo que se denomina enlace covalente. Estas agrupaciones dan lugar a un sólido de estructura cristalina.
De la forma, que los electrones de un átomo no pueden tener cualquier energía, los electrones de un cristal tampoco pueden tomar cualquier energía.
Teniendo en cuenta que en elátomo sus propiedades se determinan en la última capa, ahora son agrupaciones de capas, llamadas bandas de energía, y que definen las propiedades electrónicas de un cristal.
Las dos últimas capas ocupadas por electrones reciben el nombre de banda de conducción y banda de valencia. Estas están separadas por una energía denominada gap.

Para poder entender esto describiremos los tipos demateriales existentes, eléctricamente hablando:

* Conductores, disponen de unos electrones de valencia poco ligados al núcleo y que pueden moverse con facilidad dentro de la red cristalina respondiendo a un estímulo externo.
* Semiconductores, sus electrones de valencia están más ligados a sus núcleos que los conductores, pero basta suministrar una pequeña cantidad de energía para que secomporten igual que estos.
* Aislantes, los electrones de valencia están fuertemente ligados al núcleo y la energía a suministrar para poder desprenderse del átomo sería excesivamente grande.

Llegando a este punto, podemos decir que a cierta temperatura, algunos electrones tendrán energía suficiente para desligarse de los átomos, a estos electrones libres se les denomina "electrones" y se lesasocia con los niveles energéticos de la banda de conducción.
A los enlaces que han dejado vacíos se les denomina "huecos"; para entender mejor este racionamiento diremos que los "huecos" se comportan de la misma forma que partículas con carga positiva.
Si pusiéramos un cristal de estas características, lo único que conseguiríamos sería calentar el cristal, ya que los electrones se moverían...