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Una célula fotoeléctrica o fotocelula es un componente eléctrico que genera un haz de luz infrarroja y detecta si este se mantiene o ha sido cortado. Una célula fotoeléctrica, también llamada célula, fotocélula o celula fotovoltaica, es un dispositivo electrónico que permite transformar la energía luminosa (fotones) en energía eléctrica (flujo de electrones libres) mediante el efectofotoeléctrico, generando energía solar fotovoltaica.
Compuestos de un material que presenta efecto fotoeléctrico: absorben fotones de luz y emiten electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad.
La eficiencia de conversión media obtenida por las células disponibles comercialmente (producidas a partir de siliciomonocristalino) está alrededor del 14%, pero según la tecnología utilizada varía desde el 6% de las células de silicio amorfo hasta el 14-22% de las células de silicio monocristalino. También existen Las células multicapa, normalmente de Arseniuro de galio, que alcanzan eficiencias del 30%. En laboratorio se ha superado el 43% con nuevos paneles experimentales.1
La vida útil media a máximorendimiento se sitúa en torno a los 25 años, período a partir del cual la potencia entregada disminuye.
Al grupo de células fotoeléctricas para energía solar se le conoce como panel fotovoltaico. Los paneles fotovoltaicos consisten en una red de células solares conectadas como circuito en serie para aumentar la tensión de salida hasta el valor deseado (usualmente se utilizan 12V ó 24V) a la vez que seconectan varias redes como circuito paralelo para aumentar la corriente eléctrica que es capaz de proporcionar el dispositivo.
El tipo de corriente eléctrica que proporcionan es corriente continua, por lo que si necesitamos corriente alterna o aumentar su tensión, tendremos que añadir un inversor y/o un convertidor de potencia
Principio de funcionamiento
En un semiconductor expuesto a la luz, unfotón 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 unadiferencia de potencial y por lo tanto tensión entre las dos partes del material, como ocurre en una pila.
Para ello, se crea un campo eléctrico permanente, a través de una unión pn, entre dos capas dopadas respectivamente, p y n:


Estructura de una célula fotovoltaica.
• La capa superior de la celda se compone de silicio dopado de tipo n.2 En esta capa, hay un número de electrones libresmayor 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 de tipo p.3 Esta capa tiene por lo tanto una cantidad media de electrones libres menor que una capa de silicio puro, los electronesestán 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 recombinan con 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 launión (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 hace de la ZCE un diodo, que solo permite el flujo de corriente en una dirección: los electrones pueden moverse de la región p a la...