Fotocelulas

ENERGIA SOLAR

Fotocélulas
Las fotoceldas o células solares, sin dudas, constituyen fuentes de energía que se deben considerar como soluciones alternativas para la crisis que actualmente sufre el mundo entero. Las celdas solares pueden ser analizadas como una importante opción para la alimentación de diversos tipos de dispositivos, como veremos en este artículo.

Generalidades
Mientras enla actualidad, el costo de la energía disponible crece de manera atemorizante, la posibilidad de obtener energía abundante de la más potente de todas las fuentes conocidas, “el Sol”, debe ser tenida en cuenta para futuros emprendimientos. La influencia de la luz sobre las propiedades eléctricas de determinados materiales ya fue observada desde hace mucho tiempo, décadas antes de que se inventaracualquier dispositivo práctico. En 1839, Edmond Becquerel observó por primera vez que la conductividad de determinados materiales se modificaba con la incidencia de luz. Más tarde, en 1873, Willoughby Smith observó el mismo efecto con el selenio. Relatos de la misma época registran que Heinrich Hertz había observado la emisión de electrones por electrodos metálicos cuando se los sometía a ra-diación ultravioleta, tal como se ilustra en la figura 1. Sin embargo, este efecto, denominado “efecto fotoeléctrico”, durante mucho tiempo fue estudiado como una curiosidad científica solamente, hasta que un importante trabajo publicado por Albert Einstein lo describió de una manera más apropiada. Lo que no se había comprendido hasta entonces era por qué en la liberación de las cargas eléctricas, apartir de la luz, lo que influía en la intensidad de la corriente obtenida no era la energía de la luz en sí, o sea, la frecuencia de la radiación, y sí la intensidad dada del flujo luminoso, ocurriendo siempre un instante en que el efecto se detenía en función de la longitud de onda. Einstein explicó el fenómeno de manera exacta, posibilitando así que posteriormente se pudiera construirdispositivos prácticos usando la energía generada a partir de la liberación de cargas por la luz y otros tipos de ra-

Electrónica en Acción

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FOTOCELULAS

Fig. 1

Fig. 2

diación. La explicación dada por Einstein fue la siguiente: Para liberar los electrones de un material es preciso que incida energía en una cantidad mínima sobre el mismo. Esta energía mínima, sin embargo, no significa eltotal de energía que emite el mismo. Del mismo modo que existe una unidad mínima de materia que es el átomo, también existe una unidad mínima de energía llamada “quanto” (plural “quantum”). Así, la energía irradiada por una fuente de luz se hace en pequeños “paquetes” que contienen esta unidad mínima. Específicamente para el caso de la luz, estos paquetes o unidades mínimas se llaman “fotones”. Lacantidad de energía que carga cada fotón depende de su longitud de onda. Así, los fotones de mayor frecuencia o menor longitud de onda cargan más energía que los de menor frecuencia o mayor longitud de onda (esto se ilustra en la figura 2). Como en un átomo de un material, para arrancar electrones y,

por lo tanto “liberar electricidad”, sólo un fotón puede incidir cada vez (la probabilidad deque dos fotones coincidan en un átomo al mismo tiempo es muy pequeña), es muy importante que este fotón tenga energía suficiente para arrancarlo, o sea, debe tener una frecuencia mínima. Esto significa que no es la cantidad de fotones que determina cuándo el efecto comienza a ocurrir y sí la frecuencia mínima que los mismos posean, y por lo tanto, su energía. Ahora la cantidad de electronesliberados, sí, depende del flujo de luz o cantidad de fotones que incide en el material considerado. Son diversos los materiales que manifiestan propiedades que permiten la construcción de celdas solares, o sea, dispositivos que pueden liberar cargas eléctricas por la acción de la luz y así generar electricidad. A pesar de que las explicaciones sobre el verdadero funcionamiento de las celdas fueron...