Se conoce como efecto fotovoltaico al resultado de la producción de una corriente eléctrica producida por el contacto de dos piezas que no están formadas por el mismo material y que a su vez se encuentran expuestas a una radiación electromagnética como por ejemplo puede ser la luz.
¿Dónde es utilizado el efecto fotovoltaico?
La energía solar fotovoltaica es la encargada de utilizar este efecto. Los paneles solares, gracias a sus células fotovoltaicas, se benefician de este suceso para producir energía.
Existen materiales, como el silicio, que al ser semiconductores se comportan de distinta manera frente a la electricidad. Los semiconductores reaccionan de manera distinta siempre y cuando una fuente de energía ajena a ella los altera. En el caso de los paneles fotovoltaicos se trata de la energía producida por el sol y su radiación.
Células fotovoltaicas
Las células fotovoltaicas se crean con materiales semiconductores que están fabricados con silicio puro e impurezas de algunos elementos químicos. Las células solares, gracias a la exposición al sol y mediante corriente continua, transforman la radiación en electricidad. No toda la radiación solar produce corriente eléctrica, pues mediante reflexión y transmisión se producen pérdidas. La radiación que absorbe cada célula provoca el salto de los electrones de una capa a otra y es cuando se genera la corriente eléctrica.
¿De qué manera se consigue el efecto fotovoltaico?
Teniendo el silicio como elemento principal de los dispositivos, cuando un fotón (partícula recibida de la radiación del sol) altera un electrón del material, comienza el efecto fotovoltaico.
Con ayuda de la energía que producen los fotones, se pretende que los electrones consigan vencer la fuerza que les atrae al núcleo, también conocida como energía de valencia. Con el objetivo de que el electrón se libere del átomo y una vez libre, se transporte y desplace por el material. El silicio, de esta manera, adquiere propiedades de un material conductor. Este proceso se consigue siempre y cuando la fuerza con la que impacta la particular de radiación incidente sea superior a 1,2 eV.
Corriente eléctrica
Cuando un electrón emprende el viaje a través del material ahora conductor, en ese átomo, deja un hueco que espera ser ocupado. En ese momento, se genera lo que conocemos como cargas eléctricas.
Estas cargas eléctricas, siempre y cuando se produzcan ininterrumpidamente, se pueden extraer del material y utilizar para el beneficio propio. Para conseguirlo es vital la existencia de un campo eléctrico con polaridad persistente. Es el encargado de repartir los electrones en un sentido contrario al de los huecos que aparecen, que irán en el otro.
El campo eléctrico que se forma dentro de las células solares tradicionales es debido a una unión donde se diferencian dos zonas, una con carga eléctrica negativa (con exceso de electrones) y otra con carga positiva (carencia de electrones). De esta forma, al liberar un electrón, este se impulsa de un lado a otro hasta llegar a los conductos de plata.
¿Cuál es la causa de que no todas las partículas de luz se transforman en electricidad?
Siempre existen pérdidas al tratarse de atravesar un material, por lo tanto, algunos fotones no son capaces de aportar la energía necesaria para liberar al electrón. No significa que el fotón no sea capaz de aportar la energía necesaria, si no que en el trayecto y transcurso de la operación, el fotón ha perdido parte de su energía y esa partícula en concreto no es capaz. Estas pérdidas son inevitables y dependen de las características del material encargado de absorber la energía del fotón.
Por otro lado, también existe una parte de los fotones que atraviesan el material semiconductor y no alcanzan ningún electrón y de otro que no aportan energía ya que son reflejados por el material, iluminándolo. Las pérdidas que se enuncian pueden verse reducidas mediante revestimientos anti reflexión de la célula fotovoltaica.
Hay que tener en cuenta, que el efecto fotovoltaico solo se produce cuando un fotón que consigue aportar la energía cinética suficiente entre en contacto, una vez penetre el material, con un electrón de valencia del material y genere un par electrón-hueco.