- La transformación de la luz en electricidad: efecto fotovoltaico.
La energía solar se encuentra disponible en todo el mundo. Algunas zonas del planeta reciben más radiación solar que otras. Según las clasificaciones de la intensidad de la radiación solar en diferentes regiones del mundo, es necesario evaluar el potencial solar de un sitio especifico donde se planea instalar un sistema fotovoltaico.
La energía del sol es un recurso de uso universal; por lo tanto, no se debe pagar por utilizar esta energía. Sin embargo, es importante recordar que para realizar la transformación de energía solar en energía eléctrica se necesita de un sistema fotovoltaico apropiado. El coste de utilizar la energía solar no es más que el coste de comprar, instalar y mantener adecuadamente el sistema fotovoltaico.
El efecto fotovoltaico consiste en esencia en la transformación de la energía que aportan los fotones de luz incidentes sobre materiales semiconductores en energía eléctrica capaz de impulsar los electrones despedidos a través de un circuito exterior, realizando un trabajo útil.
El tratamiento especial del semiconductor es necesario, ya que la energía que cede el fotón a los electrones de dicho material se destina a transformarse en calor inútil, después de algunos choques del electrón en su movimiento a través de la red atómica.
Los fotones al chocar con los electrones de la materia los liberan, dejando un hueco. Para producir corriente eléctrica, el electrón liberado debe ser extraído del material, para que no vuelva a ocupar el hueco dejado. Para ello se introduce, en el material semiconductor, elementos químicos (dopantes) que produzcan un exceso de electrones y huecos, proceso denominado dopado.
El boro es utilizado como dopante del silicio, ya que tiene un electrón de enlace menos que el silicio, por lo que cada átomo de boro se unirá con tres átomos de silicio, dejando un hueco en el lugar que tendría que haber otro electrón (el cuarto electrón de enlace). Esta estructura se denomina semiconduçtor de tipo positivo.
Otro dopante para el silicio puede ser el fósforo. Como tiene un electrón de enlace más que el silicio, al sustituir un átomo de silicio por otro de fósforo en la red cristalina, el electrón sobrante queda libre y el semiconductor se llama de tipo negativo.
A pesar de todo, la carga eléctrica neta del cristal sigue siendo cero, ya que cada átomo tiene el mismo número de protones que de electrones, por lo que se equilibrarán sus cargas. Los nombres positivo y negativo se refieren a la carga que queda libre en la red cristalina y no a un estado descompensado eléctricamente.
Si se ponen dichas regiones de forma adyacente una a la otra, algunos de los electrones libres de la zona negativa pasarán a la zona positiva, atravesando la frontera e instalándose en los huecos libres de la misma. Con este proceso, se formar una unión positiva-negativa en donde el campo eléctrico, gracias al paso de las cargas crea una barrera de potencial que no deja que el proceso siga indefinidamente.
Así, para que se produzca el efecto fotovoltaico es necesario que penetre luz, y si sus fotones comunican la suficiente energía a los electrones del semiconductor, algunos electrones atravesarán la barrera de potencial y serán expulsados del semiconductor con la ayuda de un circuito exterior, produciendo una corriente eléctrica. Dichos electrones, tras recorrer el circuito externo, vuelven a entrar en el semiconductor por la otra cara.
El semiconductor no almacena energía eléctrica como una batería, sino que la genera transformando la energía radiante cuando ésta incide sobre él.
Según el tipo de semiconductores, los fotones se comportan de distinta manera en la producción de electricidad, por efecto fotovoltaico, debido a que unas frecuencias son más apropiadas que otras para producir el efecto.
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