Profesor: Michelle Sánchez TomayMateria : DHTICTema: Celdas FotoeléctricasIntegrantes de equipo:•Mota Del Campo Luis Antonio •Chaires Villalba Michelle•López Zarate Jorge•Cruz Carmen

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Elegimos este tema porque hoy en día es necesario utilizar fuentes alternativas de energía como esta.

La fiabilidad de las celdas solares es muy grande .

Nuestras carreras contemplan optativas del área de energía.

Celdas Fotoeléctricos

¿Qué es un celda fotoeléctrica?

¿Cuál es el origen de la celda fotoeléctrica?

¿Para que sirve una celda fotoeléctrica?

¿Cómo funciona y se construye una celda fotoeléctrica?

¿Qué importancia tienen hoy en día?

Responderemos a las siguientes preguntas:

Las celdas fotovoltaicas son elementos que producen electricidad al incidir la luz sobre su superficie. La fuente de luz utilizada generalmente es el sol, considerando su costo marginal nulo. Estas celdas también son conocidas como baterías solares, fotopilas o generadores helio voltaicos.

¿Qué es una celda fotoeléctrica?

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un metal o fibra de carbono cuando se hace incidir sobre él una radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general).

Su desarrollo empezó en el año 1839 cuando Becquerel descubrió que si se ilumina uno de dos electrodos sumergidos en un electrolito, aparece entre ambos una diferencia de potencial, dando lugar al efecto fotovoltaico.

Por otra parte, en el año 1873, W. Smith observó una variación de la capacidad de conducción del selenio por efecto de la luz. A partir de ese descubrimiento, denominado efecto foto conductivo, Siemens construyó un fotómetro, que contribuyó a la divulgación del nuevo fenómeno.

Origen de la celda fotoeléctrica

Las experiencias posteriores demostraron que la emisión electrónica aumenta cuando se aumenta la intensidad de la radiación que incide sobre la superficie del metal, ya que hay mas energía disponible para liberar electrones; pero también se observa que depende en forma característica de la frecuencia de la radiación incidente y que hay una frecuencia límite por debajo de la cual no se emiten fotoelectrones por mas que se aumente la intensidad de la radiación.

Elster y Geitel crearon la primera célula fotoeléctrica basada en el efecto fotoeléctrico externo, que se utilizó en las cámaras de televisión, entre otras aplicaciones.

Finalmente en el año 1954 se inventó la celda fotovoltaica de silicio, en la que los electrones que se liberan en el interior de una juntura semiconductora N-P iluminada dan lugar a una fuerza electromotriz en la misma.

Los avances tecnológicos mas recientes estuvieron orientados a reducir los costos de las celdas mediante el uso de distintos materiales como el silicio mono cristalino, poli cristalino o amorfo, el arseniuro de galio y muchos otros; y mediante la reducción del volumen de material necesario

Las celdas fotovoltaicas modernas están formadas generalmente por una juntura semiconductora P-N de silicio de gran superficie y reducido espesor (típico: 0,3 mm), similar a la utilizada en los diodos de estado sólido; pero cuando la unión P-N se emplea como generador fotovoltaico, el sentido del flujo de los electrones es opuesto al que se observa cuando se lo usa como rectificador.

En la transición entre las capas P y N (capas con dopaje positivo y negativo respectivamente) se forma por difusión una capa límite en la que se establece una barrera de potencial. Para lograr un buen rendimiento energético, la capa límite deberá encontrarse lo mas cerca posible de la superficie expuesta a la luz. La celda se completa mediante los contactos óhmicos (no rectificadores) en las capas P y N, de reducida resistencia eléctrica para no provocar caídas de tensión adicionales.

¿Cómo funciona y se construye una celda fotoeléctrica?

Se fabrican celdas solares circulares y rectangulares de cerca de 100 mm de lado. Estas últimas se emplean cuando se requiere un óptimo aprovechamiento del espacio, como en los satélites artificiales; resultando algo más caras que las circulares.

Al incidir la luz sobre la juntura, una parte de la luz se refleja (energía perdida) y la otra penetra en el semiconductor. Los fotones que ingresan con energía suficiente liberan cada uno un par electrón-hueco. Los portadores de carga liberados se propagan por el cristal mediante difusión o bajo la influencia de un campo eléctrico. Los electrones pueden recombinarse durante su recorrido, pero si un portador minoritario (electrón en la zona P, hueco en la zona N) alcanza la capa límite de la barrera de potencial, queda atraído por el campo eléctrico de esa capa y penetra en la región en que son mayoritarios los portadores de igual signo.

Por otro lado, el campo de la capa límite retiene los portadores mayoritarios en la región en que han sido liberados.

De este modo, cualquiera que sea la región en que queda absorbido el fotón y liberados los portadores de carga, el efecto fotovoltaico produce un desplazamiento de portadores que da lugar a una diferencia de potencial aprovechable de alrededor de 0,5 V entre los electrodos a circuito abierto. La barrera de potencial impide que el proceso se revierta, aunque puede existir una pequeña corriente de fuga. En circuito cerrado la corriente pasa por la carga del borne P al N, por el exterior de la célula.

Variados y profundos son los problemas actuales que afronta la Humanidad, pero la solución del problema energético es vital para el futuro del planeta, por lo que constituye uno de los temas prioritarios de la Ciencia. La energía es, al mismo tiempo, una solución y un problema para el desarrollo sostenible. Hace posible el progreso y, sin embargo, es una de las principales causas de contaminación del hábitat al originar perjuicios para la salud humana y el medio ambiente.

¿Qué importancia tienen hoy en día?

El consumo energético actual es insostenible para nuestro planeta, tanto por el agotamiento de los recursos naturales como por los daños irreversibles que ocasiona al ecosistema. Para lograr el desarrollo sostenible de la Humanidad es imprescindible crear una educación energética que permita, sin derroche, continuar usando los combustibles fósiles para el desarrollo de nuevas tecnologías energéticas más eficientes y en armonía con el medio ambiente. El uso de las energías renovables es un camino para alcanzar un progreso en lo económico, ecológico y de justicia social. La energía fotovoltaica desempeña un papel de suma importancia en esta estrategia.

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