celdas fotoelectricas

CELDAS FOTOELÉCTRICAS
Dispositivo electrónico que permite transformar la energía luminosa (fotones) en energía eléctrica (electrones) mediante el efecto fotovoltaico. Es también llamada fotocelda o celda fotovoltaica.

PRINCIPIOS FISICOS Y QUIMICOS
El principio físico que describe el proceso por el cual una celda fotovoltaica convierte parte de la radiación solar en energía eléctrica sedenomina efecto fotoeléctrico. A continuación se presenta una síntesis del mismo:
Cuando un haz de luz impacta sobre un átomo que contiene electrones separa el electrón del núcleo y produce dos cargas, el núcleo queda con una carga positiva y el electrón se lleva la carga negativa. Esto produce la aparición de un par electrón-hueco. El dispositivo se diseña de manera que exista la unión de dosmateriales entre los cuales se establece una diferencia de campo eléctrico. Cuando las cargas están en ese campo eléctrico son sometidas a fuerzas y se desplazan hacia los bornes. Las cargas opuestas, al conectar exteriormente un circuito eléctrico con los bornes, se encuentran y se anulan en forma mutua, con lo que dan lugar a un flujo de cargas negativas y positivas, lo que en sí es una corrienteeléctrica. Si se mantiene el flujo de fotones, se mantiene la generación de cargas circulando por el circuito y se dispone de una corriente eléctrica.


ESTRUCTURA
En un semiconductor expuesto a la luz, un fotón de energía arranca un electrón, creando al pasar un «hueco». Normalmente, el electrón encuentra rápidamente un hueco para volver a llenarlo, y la energía proporcionada por el fotón, pues,se disipa. El principio de una célula fotovoltaica es obligar a los electrones y a los huecos a avanzar hacia el lado opuesto del material en lugar de simplemente recombinarse en él: así, se producirá una diferencia de potencial y por lo tanto tensión entre las dos partes del material.
Para ello, se crea un campo eléctrico permanente, a través de una unión pn, entre dos capas dopadasrespectivamente, p y n:


*La capa superior de la celda se compone de silicio dopado. En esta capa, hay un número de electrones libres mayor que una capa de silicio puro, de ahí el nombre del dopaje n, como carga negativa (electrones). El material permanece eléctricamente neutro: es la red cristalina quien tiene globalmente una carga negativa.
*La capa inferior de la celda se compone de silicio dopado detipo p. Esta capa tiene por lo tanto una cantidad media de electrones libres menor que una capa de silicio puro, los electrones están ligados a la red cristalina que, en consecuencia, está cargada positivamente. La conducción eléctrica está asegurada por los huecos, positivos (p).
En el momento de la creación de la unión pn, los electrones libres de la capa n entran en la capa p y se recombinancon los huecos en la región p. Existirá así durante toda la vida de la unión, una carga positiva en la región n a lo largo de la unión (porque faltan electrones) y una carga negativa en la región en p a lo largo de la unión (porque los huecos han desaparecido); el conjunto forma la «Zona de Carga de Espacio» (ZCE) y existe un campo eléctrico entre las dos, de n hacia p. Este campo eléctrico hacede la ZCE un diodo, que solo permite el flujo de corriente en una dirección: los electrones pueden moverse de la región p a la n, pero no en la dirección opuesta y por el contrario los huecos no pasan más que de n hacia p.
En funcionamiento, cuando un fotón arranca un electrón a la matriz, creando un electrón libre y un hueco, bajo el efecto de este campo eléctrico cada uno va en direcciónopuesta: los electrones se acumulan en la región n (para convertirse en polo negativo), mientras que los huecos se acumulan en la región dopada p (que se convierte en el polo positivo). Este fenómeno es más eficaz en la (ZCE), donde casi no hay portadores de carga (electrones o huecos), ya que son anulados, o en la cercanía inmediata a la (ZCE): cuando un fotón crea un par electrón-hueco, se separaron...