EERR - T4: E solar fotovoltaica - Efecto fotovoltaico

Summary

Los 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.