Construcción

CONSTRUCCIÓN

La construcción básica de una celda solar de unión p-n de silicio se presenta en la figura 1. Como se muestra en la vista superior, se hace todo tipo de esfuerzos para asegurar que el área superficial perpendicular al sol sea máxima. Además nótese que la capa metálica conectada al material tipo n y el grosor de este mismo son tales que aseguran que un número máximo de fotones de energía luminosa alcancen la unión. Un fotón de energía luminosa en esta región puede chocar con un electrón de valencia e Impartirle suficiente energía para que abandone el átomo padre. El resultado es una generación de electrones libres y huecos. Este fenómeno ocurrirá a cada lado de la unión. En el material tipo n los nuevos huecos generados son portadores minoritarios y se moverán con bastante libertad a través de la unión, como en el caso de la unión p-n básica sin polarización aplicada. Un argumento similar se cumple para los electrones generados en el material tipo p. El resultado es un aumento en el flujo de portadores minoritarios, cuya dirección es opuesta a la de la corriente directa convencional de una unión p-n. Figura 1 Celda solar (a)sección transversal (b) vista superior Este incremento en la corriente inversa se muestra en la figura 2. Puesto que V = 0 en todas partes sobre el eje vertical y representa una condición de corto circuito, la corriente en esta intersección se denomina corriente de corto circuito y se representa mediante la notación Isc. Figura 2 Corriente de cortocircuito y voltaje de circuito abierto contra intensidad luminosa

En condiciones de circuito abierto (id = 0) se producirá el voltaje fotovoltaico Voc. Este es una función logarítmica de la iluminación, como se muestra en la figura 2. Voc es el voltaje terminal de una batería en condiciones sin carga (circuito abierto). Obsérvese en la misma figura, sin embargo, que la corriente de corto circuito es una función lineal de la iluminación. Esto es, se duplicará para el mismo incremento en la iluminación fc1 y 2fc1 en la figura 3, en tanto que el cambio en Voc es menor para esta región. El mayor incremento en Voc ocurre para aumentos de menor nivel de la iluminación. A la larga. Un aumento adicional en la iluminación tendrá muy poco efecto sobre Voc aunque Isc aumentará, provocando que se incrementen las capacidades de potencia.

Figura 3 VOC e ISC versus Iluminación en una celda solar

Las principales características de las celdas solares con respecto de los fotodiodos son las siguientes:

1. La resistencia serie (RS) que aparece en el circuito equivalente de la celda solar de la Figura 4 debe ser muy baja, del orden de 1 Ω. La máxima potencia transferida no tendría lugar si hubiese una caída de tensión apreciable en RS. (RS esta formada por dos resistencias: la resistencia de contacto y la resistencia laminar.)

Figura 4 Circuito equivalente de una celda solar

2. El dopado de las células solares es de magnitud más elevado. Como el nivel de dopado, se aproxima al de un conductor, la resistencia serie se reduce notablemente y la región desierta se hace muy estrecha, aumentando la tensión en circuito abierto.

3. El área de la célula solar es mucho

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