EERR - T4: E solar fotovoltaica - Efecto fotovoltaico

Departamento de Física - Universidad de Burgos

29 May 201805:20

Summary

TLDRLos dispositivos fotovoltaicos convierten la radiación solar en electricidad mediante semiconductores como el silicio. El silicio, al doparse con fósforo y boro, genera zonas tipo n y p, creando una región de deflexión que actúa como un campo eléctrico. Los fotones solares liberan electrones, los cuales son impulsados por el campo eléctrico, generando corriente al moverse hacia la zona n, mientras los huecos se desplazan a la zona p. Al conectar ambas zonas con un circuito, se produce electricidad aprovechando el efecto fotovoltaico.

Takeaways

☀️ Los dispositivos fotovoltaicos convierten la radiación solar en electricidad utilizando las propiedades de semiconductores como el silicio.
🔬 El silicio es un material tetravalente que forma una red cristalina ordenada, donde cada átomo comparte sus electrones de valencia con sus vecinos.
🌿 La capa superior se dopa con un material pentavalente (como el fósforo) para crear un semiconductor tipo n, donde los electrones son libres para conducir electricidad.
🍂 La capa inferior se dopa con un material trivalente (como el boro) para crear un semiconductor tipo p, donde los huecos equivalen a cargas positivas y también son conductores de electricidad.
🔋 La agitación térmica provoca que electrones del lado n se difundan al lado p, creando una región de deflexión con una carga neta que genera un campo eléctrico y una tensión.
💡 La luz solar, compuesta por fotones, es necesaria para el efecto fotovoltaico; los fotones deben alcanzar la zona de deflexión para liberar electrones y crear huecos.
🌤️ La cara n debe ser fabricada con un espesor muy pequeño (unas pocas micras) para permitir que los fotones alcancen la zona de deflexión.
🔋 Si un fotón llega a la zona de deflexión, puede transferir su energía a un electrón, liberándolo y dejando un hueco, lo que se puede utilizar para generar electricidad.
🔗 Al soldar contactos eléctricos en las caras n y p y conectarlos con un cable, se crea un circuito que permite que electrones y huecos se recombinen, generando una corriente fotovoltaica.
📡 La tensión que impulsa la corriente fotovoltaica proviene del campo eléctrico en la zona de deflexión, que es de unas cuantas décimas de voltios.

Q & A

¿Qué son los dispositivos fotovoltaicos y cómo funcionan?
-Los dispositivos fotovoltaicos son dispositivos que convierten la radiación solar en electricidad. Funcionan gracias a las propiedades de materiales semiconductores como el silicio, que forma una red cristalina bien ordenada y permite la separación de electrones y huecos para conducir electricidad.
¿Por qué el silicio es un material tetravalente y cómo afecta esto a su capacidad para conducir electricidad?
-El silicio es un material tetravalente porque cada átomo de silicio comparte sus 4 electrones de valencia con otros 4 átomos vecinos. Esto hace que el material no sea un buen conductor de electricidad, ya que todos los electrones están fuertemente unidos a los átomos que los comparten.
¿Qué es un semiconductor tipo n y cómo se crea?
-Un semiconductor tipo n es una capa de silicio en la que se inyectan pequeñas cantidades de un material pentavalente, como el fósforo. Esto provoca que el quinto electrón del fósforo quede sin emparejar, libre para conducir electricidad.
¿Qué significa un semiconductor tipo p y cómo se produce?
-Un semiconductor tipo p es una capa de silicio que recibe un dopaje con un material trivalente como el aluminio o el boro. Esto crea huecos que pueden alojar a electrones que pasen por ahí, permitiendo así la conducción de electricidad.
¿Qué es un hueco y cómo contribuye a la conducción de electricidad en un semiconductor tipo p?
-Un hueco es un espacio vacante en un semiconductor tipo p que puede ser ocupado por un electrón que pasa por allí. Cuando un electrón ocupa un hueco, deja otro hueco en el átomo del que procede, lo que permite la conducción de electricidad.
¿Qué es una región de deflexión y cómo se forma?
-La región de deflexión es una zona cargada que se forma cuando, debido a la agitación térmica, algunos electrones del lado n se difunden hacia el lado p ocupando huecos, dejando huecos en el lado n. Esto crea una diferencia de carga que se denomina región de deflexión.
¿Cómo afecta la luz solar a los electrones y huecos en la zona de deflexión?
-La luz solar, compuesta de fotones, puede comunicar su energía a un electrón en la zona de deflexión, extrayéndolo de su átomo y dejando un hueco. Esto provoca que el electrón y el hueco se muevan en direcciones opuestas, lo que contribuye a la generación de corriente eléctrica.
¿Por qué es importante que la cara n del semiconductor tenga un espesor muy pequeño?
-Es importante que la cara n tenga un espesor muy pequeño para que los fotones de la luz solar puedan alcanzar la zona de deflexión y desencadenar el efecto fotovoltaico, que es esencial para la generación de electricidad.
¿Cómo se crea una corriente fotovoltaica cuando se conectan los contactos eléctricos?
-Se crea una corriente fotovoltaica al soldar un contacto eléctrico en la parte superior de la cara n y otro en la parte inferior de la cara p, y conectar ambos contactos con un cable. Esto permite que los electrones se reúnan con sus huecos, generando una corriente que fluye a través del circuito.
¿De dónde proviene la tensión que impulsa la corriente fotovoltaica?
-La tensión que impulsa la corriente fotovoltaica proviene del campo eléctrico que se crea en la región de deflexión debido a las cargas netas presentes, similar al campo eléctrico que existe entre las placas de un condensador.

Outlines

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🌞 Funcionamiento de los dispositivos fotovoltaicos

Los dispositivos fotovoltaicos son dispositivos capaces de convertir la radiación solar en electricidad, gracias a las propiedades de los materiales semiconductores como el silicio. El silicio, un material tetravalente, forma una red cristalina y ordenada, donde cada átomo comparte sus 4 electrones de valencia con sus vecinos. Este material no es un buen conductor debido a la fuerte unión de los electrones a los átomos. Para mejorar su conductividad, se inyectan pequeñas cantidades de materiales pentavalentes (como el fósforo) en la capa superior, creando un semiconductor tipo n, y material trivalente (como el aluminio o el boro) en la capa inferior, creando un semiconductor tipo p. Esto resulta en una zona de deflexión con una carga neta que genera un campo eléctrico y una tensión. La luz solar, compuesta por fotones, puede llegar a esta zona y, si un fotón tiene suficiente energía, puede extraer un electrón dejando un hueco, lo que se puede utilizar para generar electricidad cuando se unen los contactos eléctricos correspondientes.

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🔌 Generación de corriente fotovoltaica

Cuando los fotones llegan a la zona de deflexión de un dispositivo fotovoltaico y tienen suficiente energía, pueden extraer electrones dejando huecos. El campo eléctrico presente en la zona de deflexión empuja a los electrones hacia arriba y a los huecos hacia abajo. Al soldar contactos eléctricos en las caras n y p y conectarlos con un cable, se crea un circuito que permite que los electrones y huecos se reúnan, generando una corriente fotovoltaica. La tensión que impulsa esta corriente proviene de la diferencia de carga en la zona de deflexión, y es esta tensión la que permite la generación de electricidad en los dispositivos fotovoltaicos.

Mindmap

Keywords

💡Dispositivos fotovoltaicos

Los dispositivos fotovoltaicos son dispositivos que convierten la energía solar en electricidad. En el guion, se menciona que estos dispositivos utilizan propiedades de materiales semiconductores para realizar la conversión. Son fundamentales para el tema del video, ya que son el eje central de la explicación sobre cómo se genera la electricidad a partir de la radiación solar.

💡Semiconductores

Los semiconductores son materiales que tienen una conductividad eléctrica intermedia entre la de un conductor y la de un aislante. En el guion, se destaca que el silicio es un semiconductor tetravalente utilizado en la fabricación de obleas fotovoltaicas, y es esencial para entender cómo funciona el dispositivo fotovoltaico.

💡Red cristalina

La red cristalina se refiere a la estructura bien ordenada de los átomos en un cristal. En el contexto del video, el silicio forma una red cristalina que es crucial para su funcionamiento como semiconductor en los dispositivos fotovoltaicos.

💡Material pentavalente

Un material pentavalente es uno que tiene cinco electrones de valencia. En el guion, el fósforo es mencionado como un material pentavalente que se inyecta en la capa superior del semiconductor para crear un semiconductor tipo n, lo que es esencial para la generación de la corriente eléctrica en los dispositivos fotovoltaicos.

💡Semiconductor tipo n

Un semiconductor tipo n es aquel en el que se ha añadido un material pentavalente, lo que resulta en una mayor cantidad de electrones libres para conducir la electricidad. En el video, se explica que la inyección de fósforo en la capa superior del silicio lo convierte en un semiconductor tipo n, lo cual es un paso clave en la creación de la zona de deflexión.

💡Material trivalente

Un material trivalente es uno que tiene tres electrones de valencia. En el guion, se menciona que el aluminio o el boro son materiales trivalentes utilizados para dopaje en la capa inferior del semiconductor, creando un semiconductor tipo p.

💡Semiconductor tipo p

Un semiconductor tipo p es aquel en el que se ha añadido un material trivalente, lo que resulta en la creación de huecos que pueden alojar electrones, equivalentes a cargas positivas. En el video, se describe cómo el dopaje con materiales trivalentes en la capa inferior del silicio lo convierte en un semiconductor tipo p, preparando el escenario para la generación de corriente eléctrica.

💡Región de deflexión

La región de deflexión es la zona donde se crea una diferencia de carga debido a la migración espontánea de electrones del lado n al lado p, dejando huecos en el lado n. Esta región es crucial en los dispositivos fotovoltaicos, ya que es donde se genera el campo eléctrico que impulsa la separación de electrones y huecos, dando lugar a la generación de corriente eléctrica.

💡Fotones

Los fotones son pequeños paquetes de energía que componen la luz solar. En el guion, se menciona que los fotones deben alcanzar la zona de deflexión para provocar el efecto fotovoltaico, es decir, para comunicar su energía a los electrones y generar corriente eléctrica.

💡Contacto eléctrico

Un contacto eléctrico es una conexión que permite el flujo de corriente eléctrica. En el video, se describe cómo soldar contactos eléctricos en las caras n y p de la oblea fotovoltaica permite la unión de electrones con sus huecos a través de un cable, creando así una corriente fotovoltaica.

💡Tensión

La tensión es la fuerza que impulsa la corriente eléctrica a través de un circuito. En el guion, se explica que la tensión que impulsa la corriente fotovoltaica surge del campo eléctrico en la región de deflexión, y es esencial para la generación de electricidad en los dispositivos fotovoltaicos.

Highlights

Los dispositivos fotovoltaicos convierten la radiación solar en electricidad.

La conversión es posible gracias a las propiedades de materiales semiconductores como el silicio.

El silicio es un material tetravalente que forma una red cristalina bien ordenada.

Los átomos de silicio comparten sus 4 electrones de valencia con otros átomos vecinos.

El material no es muy buen conductor de electricidad debido a la fuerte unión de los electrones a los átomos.

Se inyectan pequeñas cantidades de un material pentavalente en la capa superior para crear un semiconductor tipo n.

La capa inferior se dopa con un material trivalente para formar un semiconductor tipo p.

El quinto electrón del fósforo queda libre para conducir electricidad.

El boro, con 3 electrones de valencia, crea huecos que pueden alojar un electrón pasante.

Los huecos equivalen a cargas positivas disponibles para conducir electricidad.

La zona n tiene electrones libres y la zona p tiene huecos disponibles para la conducción.

La agitación térmica hace que electrones del lado n se difundan hacia el lado p.

La zona de deflexión se carga con electrones y huecos, creando una región eléctricamente neutra.

Las cargas netas en la zona de deflexión generan un campo eléctrico y una tensión.

Los fotones deben alcanzar la zona de deflexión para provocar el efecto fotovoltaico.

La cara n se manufactura con un espesor muy pequeño para permitir que los fotones lleguen a la zona de deflexión.

Un fotón que alcanza la zona de deflexión puede extraer un electrón dejando un hueco.

El campo eléctrico en la zona de deflexión impulsa el electrón hacia arriba y el hueco hacia abajo.

Soldar contactos eléctricos en las caras n y p y conectarlos con un cable crea un circuito eléctrico.

La reunión de electrones con sus huecos a través del circuito constituye una corriente fotovoltaica.

La tensión que impulsa la corriente fotovoltaica proviene de la zona de deflexión.