Menu

Panells d'energia
solar fotovoltaica

Què és l'efecte fotovoltaic?

L'efecte fotovoltaic és l'efecte fotoelèctric caracteritzat per la producció d'un corrent elèctric entre dues peces de material diferent que estan en contacte i exposades a la llum o, en general, a una radiació electromagnètica.

Què és l'efecte fotovoltaic?

L'efecte fotovoltaic consisteix a convertir la llum solar en energia elèctrica per mitjà de les cèl·lules fotovoltaiques

On s'utilitza l'efecte fotovoltaic?

L'efecte fotovoltaic s'utilitza en l'energia solar fotovoltaica. Concretament en les cèl·lules fotovoltaiques dels panells solars.

Els materials semiconductors (com el silici) tenen la particularitat de presentar un comportament diferent davant l' electricitat. El comportament dels semiconductors depèn de si una font energètica externa els excita o no.

Aquesta font energètica seria la radiació solar.

cèl·lules fotovoltaiques

Les cèl·lules fotovoltaiques són uns dispositius semiconductors elaborats a força de silici pur amb addició d'impureses de certs elements químics. Les cèl·lules generen electricitat en corrent contínua, utilitzant com a font la radiació solar.

Les cèl·lules es munten en sèrie sobre panells fotovoltaics o mòduls solars per aconseguir un voltatge adequat. Part de la radiació incident es perd per reflexió (rebota) i una altra part per transmissió (travessa la cèl·lula). La resta és capaç de fer saltar electrons d'una capa a l'altra creant un corrent proporcional a la radiació incident.

Com es produeix l'efecte fotovoltaic?

L'efecte fotovoltaic s'inicia en el moment en què un fotó impacta amb un electró de l'última òrbita d'un àtom de silici. Aquest últim electró es diu electró de valència. Rep l'energia amb la qual viatjava el fotó.

El fotó no és altra cosa que una partícula de llum radiant.

Si l'energia que adquireix l'electró supera la força d'atracció del ucli (energia de valència), aquest surt de la seva òrbita i queda lliure de l'àtom i, per tant, pot viatjar a través del aterial. En aquest moment, diríem que el silici s'ha fet conductor (banda de conducció). Per fer això, cal que la força d'impacte d'un fotó sigui, com a mínim, d'1,2 eV.

efecte fotovoltaic

corrent elèctric

Cada electró alliberat deixa enrere un forat, o espai lliure, fins que l'ocupi un electró que ha saltat d'un altre àtom. Aquests moviments dels electrons alliberats o dels espais que deixen enrere és el que s'anomenen càrregues elèctriques.

Aquest corrent de càrregues pot arribar als contactes i sortir del aterial amb la finalitat de realitzar un treball útil. Perquè això succeeixi de manera constant i regular, cal que hi hagi la presència d'un camp elèctric de polaritat constant. Aquest camp polaritza les partícules i actua com una veritable bomba que impulsa els electrons en un sentit i, els forats, en l'oposat.

En les cèl·lules solars convencionals, el camp elèctric (0,5 V) es forma gràcies a una unió PN, és a dir, una zona del material té excés d'electrons (càrrega negativa), mentre que l'altra té manca d'ells (càrrega positiva ), de manera que a l'ésser alliberat un electró és impulsat a través del material fins als conductes de plata, de baixa resistivitat.

Si l'energia que adquireix l'electró supera la força d'atracció del ucli (energia de valència), aquest surt de la seva òrbita i queda lliure de l'àtom i, per tant, pot viatjar a través del aterial. En aquest moment, diríem que el silici s'ha fet conductor (banda de conducció) i, per fer això, cal que la força d'impacte d'un fotó sigui, com a mínim, d'1,2 eV.

Importància dels fotons en l'efecte fotovoltaic

Els fotons corresponents a longituds d'ona petites (radiació ultraviolada) són més energètics (de 2 a 3 electronvoltios) que els corresponents a longituds d'ona majors (radiació infraroja).

Cada material semiconductor té una energia mínima que permet alliberar electrons dels seus àtoms. Aquesta energia correspon a fotons d'una determinada banda de freqüències (gap) que anirà des dels associats a la ultraviolada fins als colors visibles, llevat del ermell que ja té una energia associada inferior dels 1,2 electronvoltios.

Per què no tots els fotons es converteixen en electricitat?

No tots els fotons arriben l'objectiu de separar electrons. Això es deu al fet que travessar el material implica sempre una certa pèrdua energètica. Aquesta pèrdua energètica implica que en el moment de la col·lisió alguns fotons ja han perdut la massa energia per desplaçar un electró. Aquestes pèrdues per no-absorció només depenen de les propietats del aterial i són inevitables.

Així mateix, hi ha un percentatge de fotons que arriben a travessar la làmina de semiconductor sense topar-se amb cap electró i d'altres que il·luminen la superfície del aterial i són reflectits (pèrdues per reflexió). Aquestes pèrdues es poden reduir a través de tractaments anti reflexos de la superfície de la cèl·lula fotovoltaica. En aquests casos no es produiria l'efecte fotovoltaic.

Només s'aconsegueix la generació d'un parell electró-forat per cada fotó amb energia cinètica superior a la mínima energia (gap) que aconsegueixi penetrar en el material i topall amb un electró de valència.

Autor:

Data de publicació: 13 de maig de 2015
Última revisió: 3 de maig de 2020