Convertidors d'energia fotovoltaica semiconductors (fotocèl·lules)

Les fotocèl·lules són dispositius electrònics dissenyats per convertir l'energia dels fotons en energia d'un corrent elèctric.

Històricament, es va inventar el primer prototip de la fotocèl·lula moderna Alexander G. Stoletov a finals del segle XIX. Crea un dispositiu que funciona segons el principi de l'efecte fotoelèctric extern. La primera instal·lació experimental consistia en un parell de làmines planes paral·leles, una de les quals era de malla per deixar passar la llum i l'altra era sòlida.

Es va aplicar una tensió constant a les làmines, que es podia ajustar en el rang de 0 a 250 volts. El pol positiu de la font de tensió es va connectar a l'elèctrode de la xarxa i el pol negatiu al sòlid. També es va incloure un galvanòmetre sensible a l'esquema.

Quan un full sòlid s'il·luminava amb llum d'un arc elèctric, agulla del galvanòmetre desviada, cosa que indica que s'està generant un corrent continu al circuit malgrat que hi ha aire entre els discos.En l'experiment, el científic va trobar que la magnitud del "fotocorrent" depèn tant del voltatge aplicat com de la intensitat de la llum.

Complicant la instal·lació, Stoletov col·loca els elèctrodes dins d'un cilindre del qual s'evacua l'aire i la llum ultraviolada s'alimenta a l'elèctrode sensible a través d'una finestra de quars. Així que estava obert efecte fotogràfic.

Avui, a partir d'aquest efecte, funciona convertidors fotovoltaics… Reaccionen a la radiació electromagnètica que cau a la superfície de l'element i la converteixen en una tensió de sortida. Un exemple d'aquest convertidor és cèl · lula solar… El mateix principi és utilitzat per sensors fotosensibles.

Una fotocèl·lula típica consisteix en una capa de material fotosensible d'alta resistència intercalada entre dos elèctrodes conductors. Com a material fotovoltaic per a cèl·lules solars, s'utilitza habitualment semiconductor, que, quan està completament il·luminada, és capaç de donar 0,5 volts a la sortida.

Aquests elements són més eficients des del punt de vista de l'energia generada, ja que permeten la transferència directa d'energia fotònica en un sol pas. en corrent elèctric... En condicions normals, una eficiència del 28% és la norma per a aquests elements.

Aquí, es produeix un efecte fotoelèctric intens a causa de la deshomogeneïtat de l'estructura semiconductora del material de treball.Aquesta inhomogeneïtat s'obté o bé dopant el material semiconductor utilitzat amb diferents impureses, creant així una unió pn, o bé connectant semiconductors amb diferents mides de buit (energies a les quals els electrons deixen els seus àtoms), s'obté així una heterounió, o escollint una substància química així. composició del semiconductor en el qual apareix un gradient de banda intercalada (una estructura de buit graduat) a l'interior. Com a resultat, l'eficiència d'un element donat depèn de les característiques d'homogeneïtat obtingudes dins d'una estructura semiconductora particular així com de la fotoconductivitat.

Per reduir les pèrdues en una cèl·lula solar, s'utilitzen una sèrie de regulacions en la seva fabricació. En primer lloc, s'utilitzen semiconductors el bandgap dels quals és òptim només per a la llum solar, per exemple compostos de silici i arsenur de gal·li, en segon lloc, les propietats de l'estructura es milloren amb un dopatge òptim. Es prefereixen les estructures heterogènies i graduades. Es seleccionen el gruix òptim de la capa, la profunditat de la unió p-n i els millors paràmetres de la xarxa de contacte.

També es creen elements en cascada, on funcionen diversos semiconductors amb diferents bandes de freqüència, de manera que després de passar per una cascada, la llum entra a la següent, etc. La idea de descompondre l'espectre solar sembla prometedora, de manera que cadascun dels seus regions es transforma a partir d'una secció separada de la fotocèl·lula.

Actualment hi ha tres tipus principals de cèl·lules fotovoltaiques al mercat: silici monocristal·lí, silici policristalí i pel·lícula fina.Les pel·lícules primes es consideren les més prometedores perquè són sensibles fins i tot a la llum dispersa, es poden col·locar sobre superfícies corbes, no són tan trencadisses com el silici i són efectives fins i tot a altes temperatures de funcionament.

Vegeu també: Eficiència de cèl·lules i mòduls solars