Efecto fotovoltaico
Generación de una tensión y una corriente eléctrica en una unión semiconductora cuando absorbe fotones con energía superior a la banda prohibida del material.
El efecto fotovoltaico, observado por primera vez por Edmond Becquerel en 1839, es la base física de toda célula solar. Un fotón cuya energía supera la banda prohibida del semiconductor eleva un electrón de la banda de valencia a la de conducción y deja un hueco con carga positiva. El campo eléctrico interno de una unión p-n separa el par antes de que se recombine, y las cargas separadas hacen circular corriente por un circuito externo.
El silicio cristalino tiene una banda prohibida de 1,12 eV, así que absorbe luz hasta unos 1.100 nm. Dos pérdidas fijan un techo infranqueable al rendimiento: los fotones por debajo de la banda prohibida atraviesan el material sin aprovecharse, y la energía sobrante de los fotones más energéticos se pierde como calor (termalización). El límite de balance detallado de Shockley-Queisser para una unión simple con el espectro AM1.5 es de cerca del 33,7 % con la mejor banda prohibida posible, próxima a 1,34 eV; para el silicio, teniendo en cuenta la recombinación Auger, el límite práctico ronda el 29,4 % (Richter et al., 2013).
Los diseños multiunión y en tándem, como la perovskita sobre silicio, apilan materiales con bandas prohibidas distintas para reducir la termalización y superar el límite de la unión simple.
Términos relacionados
Todos los términos →- Célula solar
Dispositivo semiconductor, normalmente una oblea de silicio dopada con contactos metálicos, que convierte la luz solar directamente en electricidad de corriente continua mediante el efecto fotovoltaico.
- Célula solar de perovskita
Célula solar cuyo absorbente es un compuesto de haluro metálico con estructura cristalina de perovskita, que ofrece banda prohibida ajustable, fabricación barata y mejoras de rendimiento muy rápidas.
- Silicio monocristalino
Silicio crecido como un único cristal continuo, normalmente por el método Czochralski; da las obleas de mayor eficiencia y es hoy el tipo dominante en fotovoltaica.
- Irradiancia
Potencia solar instantánea que llega por unidad de superficie, medida en vatios por metro cuadrado (W/m²).
- Condiciones estándar de medida (STC)
Condiciones de referencia para certificar la potencia de los módulos fotovoltaicos: irradiancia de 1.000 W/m², temperatura de célula de 25 °C y espectro solar AM1.5G.