Energía solar

Efecto fotovoltaico

El efecto fotovoltaico es la transformación de la luz en electricidad. Algunos materiales, tienen la propiedad física de poder obtener fotones y emitir electrones, de esta forma se consigue el efecto fotovoltaico. Los materiales semiconductores tienen los electrones de su capa de valencia más ligados al núcleo, si los comparamos con los materiales conductores, pero al tener la propiedad de poder absorber fotones, les hace comportarse como si fuesen materiales conductores. Si manipulamos los materiales semiconductores, insertándoles impurezas, conseguimos acelerar el proceso. Para poder elegir el semiconductor idóneo, tenemos que tener en cuenta el ancho de banda prohibido.

Ancho de banda prohibido

Todos los materiales tienen un ancho de banda prohibido, excepto los materiales conductores. El ancho de banda prohibido es el valor mínimo que necesita un fotón para que se pueda producir el efecto fotovoltaico en un material semiconductor. Se le asigna Eg para denominar la energía que se aprovecha de un fotón. En la banda prohibida no se encuentra ningún electrón, ya que es un espacio de paso de electrones, desde la banda de valencia a la banda de conducción.


Representación de las bandas de energía de un material
Representación de las bandas de energía de un material

Como podemos suponer, si el material fuese un aislante, las bandas de valencia y de conducción se extrecharían y la banda prohibida se ensancharía. Esto es así, porque en un material aislante se necesita una Eg muy elevada para que un electrón pueda atravesar la banda prohibida. Por este motivo, el ancho de banda prohibido determina que tipo de material estamos examinando, un aislante, un semiconductor o un conductor. Sobra decir, que en un material conductor, el ancho de banda prohibido no existe.

Como sabéis, existen diferentes modelos para examinar la estructura atómica de los elementos. Por regla general se utiliza el modelo de Bohr, también llamado modelo de órbitas discretas, es el modelo en que se representa gráficamente un Átomo con electrones y neutrones orbitando en diferentes capas. Pero este modelo, es insuficiente para poder explicar el comportamiento de estructuras complejas, es decir, con una gran densidad atómica. Por este motivo, se utiliza el modelo de bandas de niveles de energía, que si permite analizar y explicar éstas estructuras. Por ejemplo, sí usamos el carbono como ejemplo, nos daremos cuenta que se puede encontrar en la naturaleza de varias formas, entre ellas, en forma de grafito o de diamante, al tener diferentes formas, también tiene diferentes capas o niveles de energía y de estructura atómica, por ello se usa el modelo de bandas de energía.