Celulas fotovoltaicas
Páginas: 9 (2102 palabras)
Publicado: 1 de abril de 2011
En la naturaleza, la energía luminosa se transforma en eléctrica en el proceso de fotosíntesis. Los humanos conseguimos este mismo resultado utilizando semiconductores.
Las células fotovoltaicas, están formadas por muchos diodos semiconductores juntos y son fabricadas usando diferentes materiales y procesos, ya que todavía se continúa perfeccionando el producto buscando la manera de abaratarel costo e incrementar su eficiencia.
Cuando la luz solar pega sobre estos paneles, tiene la energía y el espectro luminoso necesario para alterar el estado de equilibrio de la juntura N-P en estos diodos y se genera un exceso de cargas libres, las que pueden sostener una corriente, si se cierra el circuito externo.
Conductores y aislantes
Dado que el fenómeno fotovoltaico toma lugardentro de un semiconductor, se hace necesario entender que hace que un material sea un buen conductor, un buen aislante (no-conductor) y, por último, un semiconductor.
La corriente eléctrica es la cantidad de cargas que circulan por unidad de tiempo. Cuando se aplica un voltaje entre los extremos de un material, se crea un campo eléctrico dentro del mismo. Los electrones ubicados en la órbitaexterior del átomo de este material, la más lejana del núcleo, estarán sometidos a una fuerza cuyo valor está dado por la expresión:
F = q x E
Donde "q" es el valor de la carga (en Coulombs) y "E" es el valor del campo eléctrico en "V/m". La conducción o no-conducción eléctrica de un material está determinada por su estructura atómica.
En materiales conductores, como el cobre, el aluminio oel grafito, los electrones de la banda externa tienen mucha movilidad, ya que están saltando de átomo a átomo, aún a la temperatura ambiente.
Bajo la acción de un campo eléctrico (voltaje entre los extremos) la fuerza dada por la expresión “F = q x E” los pone en movimiento. El valor de la conductividad (inversa de la resistividad) es elevado en estos materiales.
En materiales aislantes,como el vidrio, el diamante o la porcelana, aún con elevados valores del campo eléctrico (altos voltajes) la fuerza que se ejerce sobre los electrones de la órbita externa no es suficiente para desplazarlos y establecer una corriente, ya que su movilidad es prácticamente nula.
Observe el lector que en los ejemplos he usado, a propósito, dos formas cristalinas distintas para el carbón: elgrafito (conductor) y el diamante (aislante) para mostrar cómo la estructura interna de la sustancia determina la movilidad de las cargas en la misma.
Cuando el átomo de una sustancia pierde un electrón, se transforma en una carga positiva. La pérdida de un electrón crea, en efecto, dos cargas dentro del material: una negativa (electrón libre) y otra positiva (resto del átomo).
Estructurascristalinas
En substancias como el germanio (Ge) y el silicio (Si) los electrones de la capa exterior de un átomo son compartidos por átomos adyacentes (Figura 1) formando una estructura fija rígida (cristalina) en donde los electrones carecen de movilidad. Por eso el germanio y el silicio puro son substancias aislantes.
Figura 1 - Estructura cristalina
Semiconductores
Si en un cristal deeste tipo logramos incorporar átomos de otras substancias, aún en proporciones muy pequeñas, la conductividad de estos materiales varía drásticamente, convirtiéndolos en semiconductores. Estos materiales tienen un valor de conductividad que los sitúan entre los aisladores y los conductores de corriente.
Si la sustancia que se introduce tiene la capacidad de ceder electrones, éstos se conviertenen la carga mayoritaria en esa zona (semiconductor tipo N).
Si, por el contrario, los átomos de la sustancia que se introduce son ávidos de electrones, la mayoría de los átomos en esta zona tendrán cargas positivas libres (tipo P). A estas cargas se las denominan “hoyos” ya que el electrón tomado deja un vacío (hoyo) en el átomo que lo cedió. A las substancias que se usan para alterar la...
Las células fotovoltaicas, están formadas por muchos diodos semiconductores juntos y son fabricadas usando diferentes materiales y procesos, ya que todavía se continúa perfeccionando el producto buscando la manera de abaratarel costo e incrementar su eficiencia.
Cuando la luz solar pega sobre estos paneles, tiene la energía y el espectro luminoso necesario para alterar el estado de equilibrio de la juntura N-P en estos diodos y se genera un exceso de cargas libres, las que pueden sostener una corriente, si se cierra el circuito externo.
Conductores y aislantes
Dado que el fenómeno fotovoltaico toma lugardentro de un semiconductor, se hace necesario entender que hace que un material sea un buen conductor, un buen aislante (no-conductor) y, por último, un semiconductor.
La corriente eléctrica es la cantidad de cargas que circulan por unidad de tiempo. Cuando se aplica un voltaje entre los extremos de un material, se crea un campo eléctrico dentro del mismo. Los electrones ubicados en la órbitaexterior del átomo de este material, la más lejana del núcleo, estarán sometidos a una fuerza cuyo valor está dado por la expresión:
F = q x E
Donde "q" es el valor de la carga (en Coulombs) y "E" es el valor del campo eléctrico en "V/m". La conducción o no-conducción eléctrica de un material está determinada por su estructura atómica.
En materiales conductores, como el cobre, el aluminio oel grafito, los electrones de la banda externa tienen mucha movilidad, ya que están saltando de átomo a átomo, aún a la temperatura ambiente.
Bajo la acción de un campo eléctrico (voltaje entre los extremos) la fuerza dada por la expresión “F = q x E” los pone en movimiento. El valor de la conductividad (inversa de la resistividad) es elevado en estos materiales.
En materiales aislantes,como el vidrio, el diamante o la porcelana, aún con elevados valores del campo eléctrico (altos voltajes) la fuerza que se ejerce sobre los electrones de la órbita externa no es suficiente para desplazarlos y establecer una corriente, ya que su movilidad es prácticamente nula.
Observe el lector que en los ejemplos he usado, a propósito, dos formas cristalinas distintas para el carbón: elgrafito (conductor) y el diamante (aislante) para mostrar cómo la estructura interna de la sustancia determina la movilidad de las cargas en la misma.
Cuando el átomo de una sustancia pierde un electrón, se transforma en una carga positiva. La pérdida de un electrón crea, en efecto, dos cargas dentro del material: una negativa (electrón libre) y otra positiva (resto del átomo).
Estructurascristalinas
En substancias como el germanio (Ge) y el silicio (Si) los electrones de la capa exterior de un átomo son compartidos por átomos adyacentes (Figura 1) formando una estructura fija rígida (cristalina) en donde los electrones carecen de movilidad. Por eso el germanio y el silicio puro son substancias aislantes.
Figura 1 - Estructura cristalina
Semiconductores
Si en un cristal deeste tipo logramos incorporar átomos de otras substancias, aún en proporciones muy pequeñas, la conductividad de estos materiales varía drásticamente, convirtiéndolos en semiconductores. Estos materiales tienen un valor de conductividad que los sitúan entre los aisladores y los conductores de corriente.
Si la sustancia que se introduce tiene la capacidad de ceder electrones, éstos se conviertenen la carga mayoritaria en esa zona (semiconductor tipo N).
Si, por el contrario, los átomos de la sustancia que se introduce son ávidos de electrones, la mayoría de los átomos en esta zona tendrán cargas positivas libres (tipo P). A estas cargas se las denominan “hoyos” ya que el electrón tomado deja un vacío (hoyo) en el átomo que lo cedió. A las substancias que se usan para alterar la...
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