Celda Solar

¿Cómo funciona una celda solar?

Su funcionamiento se basa en la diferencia de potencial que surge en una juntura PN. En una celda convencional de silicio, tal juntura se logra poniendo en contacto íntimo silicio cristalino de alta pureza ‘dopado’ o contaminado con impurezas de diferente tipo (frontera de las regiones + y – en la figura 3). En un caso las impurezas proporcionan un exceso de electrones en relación al material sin impurezas (silicio tipo N). En el otro, ocasionan un defecto de electrones (o la aparición de ‘huecos’) formando el silicio tipo P. Cuando se forma un contacto íntimo a nivel atómico entre ambos tipos de silicio, cierto número de los electrones en exceso migran hacia la región de ‘huecos’, formando pares electrón-hueco y dando origen a una ‘barrera’ de potencial interna que impide cualquier posible migración posterior.

Figura 3. Izq. Celda solar convencional de silicio; Der. Distribución de las diferentes capas de la celda.

Un haz de luz incidente sobre la juntura es capaz de separar los pares electrón-hueco y forzar los electrones a saltar la barrera de potencial, creando una fuerza electromotriz (FEM) en los contactos externos de la celda. Si los contactos se conectan a un circuito externo cualquiera (por ejemplo, que contenga una resistencia) la FEM se comportará igual a la de una batería convencional; aparece una corriente eléctrica (contraria al movimiento de los electrones en la figura 3). La corriente durará todo el tiempo que la juntura se mantenga iluminada.

Hay elementos adicionales que se deben tomar en cuenta para garantizar el funcionamiento de la celda. El silicio es un material muy reflectante, y gran parte de la los fotones incidentes se reflejan en su superficie sin que se puedan aprovechar para generar corriente. Para evitar esto se utilizan capas antirreflectantes, que logran reducir las pérdidas luminosas a menos de un 5 por ciento.

Las celdas se conectan en arreglos en serie y paralelo (usualmente de 36 celdas cada uno) para alcanzar niveles adecuados de voltaje y corriente. Finalmente, las celdas se colocan en un panel rígido con electrodos para las conexiones al circuito externo. Una cubierta de vidrio protege todo el dispositivo de la acción del medio ambiente.

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