Curva característica corriente-voltaje bajo iluminación de una celda solar

¿Qué es el efecto Fotovoltaico?


El efecto fotovoltaico es el fenómeno capaz de producir de manera simultánea una diferencia de potencial y una corriente eléctrica cuando la interfase que se genera de la unión de dos materiales disímiles es expuesta a la luz

Publicado: Sáb 3 de Dic de 2022

Última modificación: Vie 13 de Ene de 2023

Publicado: Sáb 3 de Dic de 2022

Última modificación: Vie 13 de Ene de 2023

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Interfases de materiales

De acuerdo con la termodinámica, siempre que dos materiales distintos se ponen en contacto, justo en el punto de contacto se producen una serie de fenómenos y efectos que buscan establecer el equilibrio entre ambos materiales; y cuando dicho equilibrio se establece, da como resultado la formación de una interfase. Estas interfases siempre se forman a menos que los materiales que se encuentran en contacto sean exactamente idénticos. La formación de esta interfase da pié a la presencia de muchas nuevas propiedades, efectos y fenómenos térmicos, ópticos y eléctricos.

Cuando la interfase que se forma entre ambos materiales no es despreciable, las propiedades eléctricas del conjunto de materiales son dominadas casi que exclusivamente por los efectos y fenómenos que se generan en esa interfase. El estudio de los mecanismos de conducción a través de esta interfase es lo que se conoce como electrónica.

Las interfases siempre se ven alteradas cuando interactúan con el medio ambiente. Así que por lo general, ante la presencia de algún cambio de alguna variable externa, la interfase genera una respuesta que puede ser la generación de una corriente eléctrica, de un voltaje o el cambio de sus valores de equilibrio.

Los fenómenos más interesantes de las interfases se producen cuando éstas interactúan con la luz (ondas electromagnéticas), siendo uno de los más importantes el conocido fenómeno del efecto fotovoltaico.

¿Qué es el efecto fotovoltaico?

El efecto fotovoltaico es el fenómeno que es capaz de producir de manera simultánea una diferencia de potencial y una corriente eléctrica cuando la interfase que se genera de la unión de dos materiales disímiles es expuesta a un amplio espectro de radiación electromagnética (luz).

Dicho de otro modo, si tomamos dos materiales cualesquiera, como por ejemplo una papa y una zanahoria; y ponemos en contacto a estos dos materiales, en la zona de contacto comenzarán a ocurrir una gran cantidad de fenómenos y efectos que buscan establecer un equilibrio en esa zona de contacto. Así, las sustancias que están en exceso en la zanahoria pasarán a la papa y viceversa, generando cambios de temperatura, concentración y de campos eléctricos en ese punto de contacto, hasta que el equilibrio es logrado en esta zona, que ahora denominamos como la interfase. La interfase no es zanahoria ni es papa, sino una zona de transición entre ambos materiales y con nuevas propiedades. Si a esta zona la irradiamos con luz, y la interfase responde creando una diferencia de potencial y una corriente en simultáneo, entonces tenemos el efecto fotovoltaico en dicha interfase. Por supuesto, lo de formar una interfase con la papa y la zanahoria es una analogía “jalada de los pelos” pero que sirve para describir los procesos de formación de interfases. Los materiales que se utilizan por excelencia para formar este tipo de interfases que son capaces de generar el efecto fotovoltaico, son los denominados materiales semiconductores, especialmente en su forma cristalina.

El hecho de que se produzca de manera simultánea voltaje y corriente es lo que hace sumamente interesante al efecto fotovoltaico, ya que la presencia de voltaje y corriente al mismo tiempo hace posible la generación de potencia eléctrica, y esto convierte a estas interfases en un tipo particular de celdas de potencia, que se denominan celdas fotovoltaicas.

Es importante no confundir el efecto fotovoltaico con otros procesos o efectos físicos que ocurren de la interacción de la materia con la luz, tales como el efecto fotoeléctrico, la fotoconductividad, foto voltaje, o la foto corriente, entre muchos otros. Estos son efectos que dependen de la naturaleza intrínseca de los materiales y no de las interfases que pueden formar estos materiales, y además estos efectos no son capaces de generar potencia eléctrica.

De hecho, normalmente solo cuando están presentes las interfases es posible generar cierta cantidad de efectos que pueden generar potenciá eléctrica, como son los efecto Seebeck, Peltier, Thomson o fotovoltaico, entre otros.

Energía Fotovoltaica

Como vemos, si la interfase que se forma al poner en contacto dos materiales disímiles presenta el efecto fotovoltaico, entonces es posible generar una celda de potencia fotovoltaica. Al ser una celda de potencia es capaz de generar energía eléctrica, la cual denominamos energía fotovoltaica.

¿Qué es un celda solar fotovoltaica?

Una celda solar fotovoltaica es una celda fotovoltaica que genera potencia eléctrica cuando es irradiada con luz cuyo rango espectral corresponde con el rango espectral que irradia nuestro Sol.

¿Qué es energía solar fotovoltaica?

La energía solar fotovoltaica es la energía eléctrica que se genera a través del uso de celdas solares fotovoltaicas.

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