EERR - T4: E solar fotovoltaica - Efecto fotovoltaico
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
🌞 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.
🔌 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
💡Semiconductores
💡Red cristalina
💡Material pentavalente
💡Semiconductor tipo n
💡Material trivalente
💡Semiconductor tipo p
💡Región de deflexión
💡Fotones
💡Contacto eléctrico
💡Tensión
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.
Transcripts
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 con el que se fabrican las
obleas fotovoltaicas es un material
tetravalente que forma una red
cristalina bien ordenada
cada átomo de silicio comparte sus 4
electrones de valencia con otros tantos
átomos vecinos
el material no es muy buen conductor de
la electricidad porque todos los
electrones están fuertemente unidos a
los átomos que los comparten
en la capa superior se inyectan pequeñas
cantidades de un material pentavalente
por ejemplo fósforo
dicha capa queda así convertida en lo
que se conoce como semiconductor tipo n
la capa inferior recibe un dopaje con un
material trivalente como el aluminio o
el boro
el resultado se conoce como
semiconductor tipo p
el quinto electrón del fósforo queda sin
emparejar libre para conducir
electricidad
el boro posee 3 electrones de valencia
en vez de 4
el espacio vacante recibe el nombre de
hueco en el sentido de que puede alojar
a un electrón que pase por ahí
cuando un electrón se desplaza por el
semiconductor de de saltar hasta un
hueco disponible ocuparlo y dejar un
hueco en el átomo del que procede
por tanto una corriente de electrones en
un sentido implica una corriente de
huecos en sentido opuesto
por este motivo se considera que los
huecos equivalen a cargas positivas
también disponibles para conducir
electricidad
en resumen la zona n dispone de
electrones libres para conducir la
electricidad
y la zona p posee huecos también
disponibles para la conducción
hasta este punto no obstante ambas zonas
son eléctricamente neutras
sin embargo la agitación térmica del
material hace que de forma espontánea
algunos electrones del lado n se
difundan hacia el lado p ocupando huecos
de ese lado
y dejando otros tantos huecos en el lado
n
los electrones que migran al lado p
dejan este lado con cierta carga
negativa neta mientras que el lado n
queda con otra tanta carga positiva
la zona cargada recibe el nombre de
región de deflexión y su espesor es del
orden de una micra
las cargas netas presentes en la zona de
deflexión crean un campo eléctrico muy
similar al que existe entre las placas
de un condensador
y este campo a su vez genera una tensión
de unas cuantas décimas de voltio entre
los dos lados de la zona de deflexión
la luz solar consta de pequeños paquetes
de energía llamados fotones
para que haya efecto fotovoltaico los
fotones deben ser capaces de llegar a la
zona de deflexión y para ello la cara n
debe manufacturarse con un espesor muy
pequeño del orden de unas pocas micras
si un fotón alcanza la zona de deflexión
puede comunicarle su energía a un
electrón extrayendo lo del átomo donde
se encontraba y dejando un hueco tras de
sí
en condiciones normales el electrón
caería rápidamente en otro hueco que
hubiera por los alrededores y nada
relevante ocurriría
sin embargo el campo eléctrico reinante
en la zona de deflexión impulsa con
fuerza el electrón hacia arriba
igualmente el hueco al comportarse como
una carga positiva es impulsado hacia
abajo
si ahora soldamos un contacto eléctrico
en la parte superior de la cara n
otro en la parte inferior de la cara p y
unimos ambos contactos con un cable
entonces tendremos un circuito eléctrico
por el que el electrón puede acabar
reuniéndose con su hueco
muchos electrones haciendo lo mismo
constituyen una corriente fotovoltaica
la tensión que impulsa dicha corriente
se origina en la que antes habíamos
encontrado en la zona de deflexión
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