Que é o Efecto Fotovoltaico

O efecto debido ao cal a enerxía luminosa convértese en enerxía eléctrica en certos materiais semiconductores coñécese como efeito fotovoltaico. Este converte directamente a enerxía luminosa en electricidade sen ningún proceso intermedio. Para demostrar o efeito fotovoltaico supoñamos un bloque de cristal de silicio.
A parte superior deste bloque está dopada con impurezas doadoras e a parte inferior está dopada con impurezas aceptoras. Polo tanto, a concentración de electróns libres é bastante alta na rexión n-tipo comparada coa rexión p-tipo e a concentración de buracos é bastante alta na rexión p-tipo comparada coa rexión n-tipo do bloque. Haberá un gradiente de concentración alto de portadores de carga a través da liña de xunção do bloque. Os electróns libres da rexión n-tipo intentan difundirse á rexión p-tipo e os buracos na rexión p-tipo intentan difundirse á rexión n-tipo no cristal. Isto é porque os portadores de carga, por natureza, tenden sempre a difundirse dunha rexión de alta concentración a unha de baixa concentración. Cada electrón libre da rexión n-tipo, mentres se difunde á rexión p-tipo, deixa un ión doador positivo detrás de si na rexión n-tipo.

Isto é porque cada electrón libre na rexión n-tipo é contribuído por un átomo doador neutro. De maneira similar, cando un buraco se difunde da rexión p-tipo á rexión n-tipo, deixa un ión aceptor negativo detrás de si na rexión p-tipo.

Xa que cada buraco é contribuído por un átomo aceptor na rexión p-tipo. Ambos estes íons, é dicir, íons doadores e íons aceptores, son inmóveis e fixos na súa posición na estrutura cristalina. É innecesario dicir que aqueles electróns libres da rexión n-tipo que están máis próximos á rexión p-tipo primeiro se difunden na rexión p-tipo, consecuentemente creando unha capa de íons doadores positivos inmóveis na rexión n-tipo adxacente á xuncción.

De maneira similar, aqueles buracos libres da rexión p-tipo que están máis próximos á rexión n-tipo primeiro se difunden na rexión n-tipo, consecuentemente creando unha capa de íons aceptores inmóveis negativos na rexión p-tipo adxacente á xuncción. Estas capas de concentración de íons positivos e negativos crean un campo eléctrico a través da xuncción que está dirixido do positivo ao negativo, é dicir, desde a parte n-tipo ata a parte p-tipo. Agora, debido á presenza deste campo eléctrico, os portadores de carga no cristal experimentan unha forza para deriva segundo a dirección deste campo eléctrico. Como sabemos, a carga positiva sempre deriva na dirección do campo eléctrico, polo que os buracos cargados positivamente (se hai) na rexión n-tipo agora derivan cara ao lado p da xuncción.

Por outro lado, os electróns cargados negativamente na rexión p-tipo (se hai) derivan cara á rexión n, xa que a carga negativa sempre deriva na dirección oposta ao campo eléctrico. A través dunha xuncción p-n a difusión e deriva dos portadores de carga continua. A difusión de portadores de carga crea e aumenta o espesor da barreira de potencial a través da xuncción e a deriva dos portadores de carga reduce o espesor da barreira. En condicións normais de equilibrio térmico e na ausencia de calquera forza externa, a difusión de portadores de carga é igual e oposta á deriva de portadores de carga, polo que o espesor da barreira de potencial permanece fixo.

Agora, a superficie n-tipo do bloque de cristal de silicio está exposta á luz solar. Algunhas das partículas luminosas son absorbidas polo bloque de silicio. Algúns das partículas luminosas absorbidas terán unha enerxía maior que a brecha de enerxía entre as bandas de valencia e conducción dos electróns de valencia dos átomos de silicio. Polo tanto, algunhas dos electróns de valencia nos ligazóns covalentes serán excitadas e saltarán fora do ligazón deixando atrás un buraco no ligazón. Desta forma, pares electrón-buraco son xerados no cristal debido á luz incidente. Os buracos destes pares electrón-buraco xerados pola luz na parte n-tipo teñen suficiente probabilidade de recombinarse coas enormes cantidades de electróns (portadores de carga majoritarios). Polo tanto, a célula solar está deseñada de tal xeito que os electróns ou buracos xerados pola luz non teñan suficientes oportunidades de recombinarse cos portadores de carga majoritarios.

O semiconductor (silicio) está dopado de tal xeito que a xuncción p-n forma nunha proximidade moi próxima á superficie exposta da célula. Se un par electrón-buraco é creado dentro dunha lonxitude de difusión de portadores de carga minoritarios, da xuncción, os electróns do par electrón-buraco derivarán cara á rexión n-tipo e o buraco do par será arrastrado cara á rexión p debido á influencia do campo eléctrico da xuncción e, polo tanto, en media, contribuirá ao corrente no circuito externo.

Declaración: Respetar o original, artigos bóis merécen ser compartidos, se hai infracción por favor contacta para eliminar.