ENSAYO DE ESTRUCTURAS DE BANDAS Y PROPIEDADES ÓPTICAS DE MATERRIALES SEMICONDUCTORES

Miguel Ángel Benítez Maldonado

ENSAYO DE ESTRUCTURAS DE BANDAS Y PROPIEDADES ÓPTICAS DE MATERRIALES SEMICONDUCTORES

La estructura de bandas es la base para formular que cantidad de energía eléctrica se puede generar en una celda fotovoltaica y como lo menciona (Barco,2014) Las propiedades ópticas, eléctricas y magnéticas depende fuertemente de la estructura de bandas (p.20) y una estructura de banda es la distribución de los niveles de energía electrónicos (p.19) y esta esta basada en la teoría de bandas que nos permite establecer una representación de como los electrones deslocalizados se mueven a través de bandas por medio de energía suministrada y ayuda a comprender la capacidad que tienen los compuestos para conducir electricidad.

La teoría de bandas según (Ciencia, 2020) se puede representar como una banda de valencia donde se encuentran los electrones en reposo y el objetivo es que estos electrones salten a la banda de conducción, pero deben ser excitados con energía para que esto sea posible. También hay que tener en cuenta la distancia entre bandas dado que a mayor distancia es menos probable que el electrón realice el desplazamiento.

En cuestión de materiales (Ciencia, 2020) los semiconductores son compuestos que no conducen electricidad, pero cuando se les suministra la suficiente energía o se les adicionan otros elementos generan corriente eléctrica y se divide en intrínsecos, que están conformados de un solo tipo de átomo, ejemplo el germanio y el silicio, con enlaces covalentes y que a temperaturas normales no generan energía pero a medida que aumenta la temperatura algunos electrones rompen dichos enlaces y participan en la conducción eléctrica. Los extrínsecos se le agregan impurezas para que las propiedades cambien y así vez se dividen en dos tipos.

Tipo N, significa negativo, se le agrega un elemento y por consiguiente queda un electrón libre del elemento incorporado. Los tipos P, significa positivo, se adicionan elementos a la red que significan vagancias, por lo que uno de los elementos principales no genera enlace y el electrón queda deslocalizado. Para ambos casos al aplicar al introducir energía, los electrones que no generaron enlaces ayudarán a la conducción eléctrica y cuando se retire la energía los materiales, se romperá la conducción de eléctrica.

En conclusión, la capacidad de los materiales de conducir electricidad dependerá de como estén constituidos atómicamente y de la energía suministrada para que esto ocurra También que la teoría de bandas nos facilita el entendimiento de que tan fácil será la conducción eléctrica en diferentes materiales.

Empezando con modelos matemáticos para calcular la conductividad de cada material, se establecen unos modelos y datos teóricos, para aproximar los resultados en la práctica.

Para calcular la estructura de banda, se debe tener en cuenta las bandas permitidas y las bandas prohibidas, donde las bandas permitidas son aquellas en donde en el material es susceptible a que se sitúen partículas eléctricas y las bandas prohibidas son aquellas que generan vacío y no se realiza ningún cambio de electrones.

Existen algunos métodos de caracterización para saber las propiedades del material que queramos utilizar para realizar una celda fotovoltaica y saber que tan eficiente puede llegar a ser, entre las cuales se encuentran propiedades de estudio óptico, estructural, análisis químico, morfológicas y eléctricas. Donde una combinación singular determina la capacidad y fuerza que puede tener la celda para la generación de transferencia de electrones.

Las propiedades ópticas determinan la distancia de las bandas permitidas, teniendo en cuenta el ultimo nivel de valencia adquirido por el átomo y que entre más cerca los átomos se generan un comportamiento electrodinámico y esto permite la interacción en las bandas permitidas.

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