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En esta entrada hablaremos de cómo actúa un fotón cuando incide en la superficie de una célula solar fotovoltaica por semiconductores con uniones PN. Para ello empezaremos con lo básico, que es conocer qué son las bandas de energía de una estructura cristalina:

Bandas de energía

Bandas de energía

En un átomo, los electrones se encuentran en unos determinados niveles de energía. Estos niveles están cuantizados. Cuando hablamos de una estructura cristalina, en vez de niveles simples tenemos agrupaciones de niveles energéticos muy juntos, que se denominan bandas. Estas bandas energéticas determinan las propiedades electrónicas del cristal. En este caso nos centraremos en las dos capas últimas capas del cristal, y por tanto, las más energéticas: la banda de conducción (la más energética) y la banda de valencia (la segunda más energética).

Al exponer una célula fotovoltaica al sol, los fotones contenidos en la luz solar inciden sobre ella. Cada uno de esos fotones puede crear un par electrón-hueco en el semiconductor, es decir, dotar a un electrón de la suficiente energía para promocionarse de la banda de valencia a la banda de conducción.

Las bandas energéticas de valencia y de conducción se encuentran separadas por una cantidad de energía denominada energía de gap (EG). Entonces, para que un electrón pueda alcanzar la banda de conducción desde la banda de valencia, necesita que un fotón le proporcione una energía mayor o igual a la EG. Al fenómeno de creación de pares electrón-hueco se le conoce como generación. Cuando un electrón llega a la banda de conducción puede entonces circular por un circuito exterior, lo que hace posible la formación de una corriente eléctrica. Así, la placa fotovoltaica funciona como generador eléctrico. Asociado al proceso de generación tenemos la recombinación, que es el proceso contrario en el que un electrón libre ocupa un hueco. Con cada recombinación se pierde un electrón excitado y por tanto disminuye el rendimiento de la célula solar.

En la siguiente imagen podemos apreciar gráficamente el proceso de creación de un par electrón-hueco, cuando un fotón proporciona una energía mayor o igual que la energía de gap a un electrón y lo promociona desde la banda de valencia a la banda de conducción, y e l proceso de recombinación, cuando un electrón excitado ocupa un hueco.

fotones