Qué es el Efecto Fotovoltaico: cómo se transforma la energía del sol en energía eléctrica.

Introducción.

Alessandro Volta, inventor de la primera pila eléctrica generadora de corriente continua, y Edmund Becquerel, descubridor del efecto fotovoltaico.

El efecto fotovoltaico es un proceso que genera voltaje o corriente eléctrica en una célula fotovoltaica cuando ésta se expone a la luz solar . Es la forma en que las células dentro del panel solar convierten la luz solar en energía eléctrica. El término ‘fotovoltaico’ proviene del griego ‘phos’, que significa “luz” y ‘voltaico‘, que procede del campo de la electricidad, en honor al físico italiano Alejandro Volta. El efecto fotovoltaico fue descubierto por primera vez en 1839 por Edmond Becquerel. Al realizar experimentos con células húmedas , observó que el voltaje de la célula aumentaba cuando sus placas de plata se exponían a la luz solar.

Las células fotovoltaicas.

Las células fotovoltaicas están compuestas por dos capas de semiconductores dopados de manera específica para generar el efecto fotovoltaico. La primera capa, denominada «N«, está dopada con fósforo (P), y tiene el silicio (Si) como base. Este proceso de dopaje con fósforo introduce átomos con cinco electrones de valencia, creando electrones adicionales que pueden moverse libremente en la estructura cristalina del silicio, generando una carga negativa. La cara superior de la zona ‘N’, en la que impactan los fotones de la luz solar, tiene un tratamiento antirreflectante, con un mecanismo superficial similar a pirámides en miniatura, con el fin de minimizar las pérdidas de radiación en el momento del impacto solar sobre la célula. Por otro lado, la segunda capa, denominada «P«, se dopa con boro (B), sobre el silicio como base también. El boro introduce átomos con tres electrones de valencia, lo que crea «huecos» en la estructura cristalina, que son sitios donde un electrón podría ocupar, pero está ausente. Estos “huecos” tienen carga positiva. Al unir estos dos tipos de semiconductores, se forma un campo eléctrico en la región de la unión a medida que los electrones se mueven hacia el lado p positivo y los huecos hacia el lado n negativo. Este campo hace que las partículas cargadas negativamente se muevan en una dirección y las partículas cargadas positivamente en la otra dirección.

Entendiendo el efecto fotovoltaico: de fotones a corriente eléctrica.

  La luz está compuesta de fotones, que son simplemente pequeños haces de radiación o energía electromagnética . Estos fotones pueden ser absorbidos por una célula fotovoltaica, el tipo de célula que compone los paneles solares. Cuando luz de una longitud de onda adecuada incide sobre estas células, la energía del fotón se transfiere a un átomo del material semiconductor en la Unión PN. Específicamente, la energía se transfiere a los electrones del material. Esto hace que los electrones, de la capa N, salten a un estado de mayor energía conocido como banda de conducción . Esto deja un «agujero» en la banda de valencia desde donde saltó el electrón. Este movimiento del electrón como resultado de la energía añadida crea dos portadores de carga , un par electrón-“hueco” Cuando no están excitados, o sea, cargados de energía extra, los electrones mantienen unido el material semiconductor formando enlaces con los átomos circundantes y, por lo tanto, no pueden moverse. Sin embargo, en su estado excitado en la banda de conducción, estos electrones pueden moverse libremente a través del material. Debido al campo eléctrico que existe como resultado de la unión PN, los electrones y los huecos se mueven en la dirección opuesta a la esperada. En lugar de ser atraído por el lado “P”, el electrón liberado tiende a moverse hacia el lado “N”. Este movimiento del electrón crea una corriente eléctrica en la célula. Una vez que el electrón se mueve, queda un «hueco». Este “hueco” también puede moverse, pero en dirección opuesta al lado “P”. Es este proceso (ver ampliación en imagen) el que crea una corriente en la celda, que es la que se canalizará y se utilizará en viviendas y empresas.

Resumen del efecto fotovoltaico:

• Cuando la luz del sol golpea la parte de silicio llamada capa «N» en un panel solar, le da energía a los electrones que están allí. La luz del sol básicamente les da un empujón.
• Estos electrones, ahora llenos de energía, se mueven alrededor y rompen los enlaces que tenían con otras partículas llamadas «huecos».(Los «huecos» que son como los espacios vacíos que dejan los electrones cuando se mueven.)
• Cuando se rompen estos enlaces, los electrones pueden moverse más libremente. Algunos de ellos se mueven hacia la parte del panel llamada capa «P». Esto crea una especie de corriente eléctrica, como un flujo de electrones, que es lo que necesitamos para obtener electricidad de un panel solar.

En resumen, cuando la luz del sol llega al panel solar, hace que los electrones se muevan y, como en una partida de billar, generen la corriente eléctrica que alimentará electrodomésticos en viviendas, maquinaria en empresas, etc. Esperamos que te haya sido útil este pequeño Blog, ayudándote a entender cómo transformamos la energía solar en la electricidad que usamos todos los días.