Las obleas fotovoltaicas y el efecto fotovoltaico

Hoy te voy a hablar de dos elementos básicos en los módulos fotovoltaicos: los semiconductores y el efecto fotovoltaico.

Las obleas fotovoltaicas son la unidad requerida en los módulos fotovoltaicos, es decir, un conjunto de obleas constituyen un módulo.

Las obleas fotovoltaicas están fabricadas de semiconductores. Los materiales semiconductores se encuentran en la tabla periódica de los elementos entre ellos: silicio (Si), galio (Ga), germanio (Ge), arsénico (As), cadmio (Cd) entre otros.

El material más utilizado para la elaboración de obleas fotovoltaicas es el silicio. Este elemento es tratado metalúrgicamente para crear lingotes y después cortarlos con tan solo unas micras de espesor y empalmarlos para así formar un tándem.

El silicio tiene 4 electrones de valencia en su último nivel energético y además es uno de los elementos que tenemos en mayor cantidad en nuestro planeta, estas condiciones hacen al silicio la materia prima por excelencia en la fabricación de obleas fotovoltaicas.

Los semiconductores tienen ciertas propiedades que permiten controlar el flujo de electrones que se encuentran en el último nivel energético, los semiconductores los podemos encontrar en nuestra vida diaria por ejemplo en todos los dispositivos electrónicos que utilizamos desde nuestro entretenimiento hasta nuestros elementos que utilizamos para nuestra comunicación.

Las obleas fotovoltaicas son analizadas en laboratorio para caracterizar sus condiciones eléctricas, esto refiere a: voltaje máximo pico, potencia máxima pico, entre otros elementos que son necesarios para ensamblar un módulo fotovoltaico.

Cabe mencionar que las placas que tienen tan solo unas micras de espesor están dopadas para que tengan comportamientos distintos: la placa inferior se considera como donador o material tipo P (positivo) o huecos y la placa superior se considera como aceptador o material tipo N (negativo) o electrón.

Siempre se debe formar un par: electrón-hueco para que se genere energía eléctrica a través del efecto fotovoltaico destacando que debe existir el mismo número de electrones que de huecos en la oblea fotovoltaica.

Las condiciones de prueba estándar en laboratorio de una oblea fotovoltaica son contar con una temperatura ambiente, tener una irradiancia igual a la constante solar de 1,000W/m2 al instante y una masa de aire de 1.5 (1.5AM por sus siglas en ingles).

La irradiancia es la potencia de la energía recibida por unidad de área en un instante y la masa de aire (AM) es el ángulo de incidencia del espectro solar con respecto a una superficie.

Estos semiconductores conformados en una oblea fotovoltaica, responden a la radiación del Sol.

Este fenómeno se llama efecto fotovoltaico el cual enuncia lo siguiente: los huecos que se encuentran en el material tipo P (positivo) absorben la energía contenida en un fotón, esta energía varía de acuerdo a la longitud de onda del espectro visible al ojo humano, esta energía es equivalente a 1.5eV

El hueco se libera de la banda de valencia que se encuentra en el material tipo P y supera la zona prohibida, GAP o mejor conocido como nivel de Fermi, este nivel es considerado como un aislante.

El hueco energizado, alcanza el material tipo N desestabilizándolo, es decir, los electrones de valencia que se encuentran en el último nivel energético del silicio son desplazados y guiados por la banda de conducción. Todo esto ocurre a una temperatura de 300K.

Esto es a groso modo, la explicación de los semiconductores que son utilizados en la fabricación de módulos y efecto fotovoltaicos.