Célula fotoeléctrica

Celda fotovoltaica policristalina solar de 4 pulgadas

Celda fotovoltaica

Una célula fotoeléctrica, también llamada célula, fotocélula o celda fotovoltaica, es un dispositivo electrónico que permite transformar la energía luminosa (fotones) en energía eléctrica (electrones) mediante el efecto fotovoltaico.

Compuestos de un material que presenta efecto fotoeléctrico: absorben fotones de luz y emiten electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad.

La eficiencia de conversión media obtenida por las células disponibles comercialmente (producidas a partir de silicio monocristalino) está alrededor del 11-12%, pero según la tecnología utilizada varía desde el 6% de las células de silicio amorfo hasta el 14-19% de las células de silicio policristalino. También existen Las células multicapa, normalmente de Arseniuro de Galio, que alcanzan eficiencias del 30%. En laboratorio se ha superado el 42% con nuevos paneles experimentales.

La vida útil media a máximo rendimiento se sitúa en torno a los 25 años, período a partir del cual la potencia entregada disminuye.

Al grupo de células fotoeléctricas para energía solar se le conoce como panel fotovoltaico. Los paneles fotovoltaicos consisten en una red de células solares conectadas como circuito en serie para aumentar la tensión de salida hasta el valor deseado (usualmente se utilizan 12V ó 24V) a la vez que se conectan varias redes como circuito paralelo para aumentar la corriente eléctrica que es capaz de proporcionar el dispositivo.

El tipo de corriente eléctrica que proporcionan es corriente continua, por lo que si necesitamos corriente alterna o aumentar su tensión, tendremos que añadir un inversor y/o un convertidor de potencia

Las tres generaciones de células fotoeléctricas

del artículo: Solar Cell​

Células fotoeléctricas son clasificadas en tres generaciones que indican el orden de importancia y relevancia históricamente. En el presente hay investigaciones en las tres generaciones mientras que las tecnologías de la primera generación son las más representadas en la producción comercial con 89.6% de producción en 2007.

Primera Generación

Células de la primera generación consisten de aparatos de área-grande, alta calidad y unión única. Tecnologías de primera generación necesitan entradas de alta energía y trabajo que previenen cualquier progreso significante en reducir los gastos de producción. Aparatos de silicio de uniones únicas están acercando la eficiencia teorética limitando de 33% y logran paridad de gastos con la generación energía de combustibles fósiles después de un periodo de recuperar la inversión de 5-7 años.

La Segunda Generación

Materiales de la segunda generación han sido desarrollados para tratar requisitos de energía y los gastos de producción de células fotoeléctricas. Algunas técnicas alternativas de fabricación son buenas porque pueden reducir la fabricación a temperaturas altas. Mientras que las técnicas de fabricación desarrollan, los costos de producción serán dominados por los materiales. Uno de los materiales con lo más éxito en la segunda generación han sido películas finas como cadmio de telurio (CdTe) y silicio micromorfo (micromorphous silicon). Se aplica una película fina a un sustrato como vidrio o cerámica, reduciendo la masa del material y por consiguiente los costos. Estas tecnologías pueden tener eficiencias de conversión más altas combinadas con costos de producción más baratos. Entre los fabricantes, existe una tendencia hacia las tecnologías de la segunda generación. Pero la comercialización de estas tecnologías ha sido difícil. En 2007, First Solar produció 200 MW de células fotoeléctricas de CdTe, el fabricante quinto más grande de células en 2007. Wurth Solar comercializó su tecnología de CIGS en 2007 produciendo 15 MW. Nanosolar comercializó su tecnología de CIGS en 2007con una capacidad de producción de 430 MW para 2008 en los EEUU y Alemania. En 2007, producción de CdTe representó 4.7% del mercado, silicio de película fina 5.2%, y CIGS 0.5%.

Tercera generación

Se denominan células solares de tercera generación a aquellas que permiten eficiencias de conversión eléctrica teóricas mucho mayores que las actuales y un precio de producción mucho menor. Se trabaja en diversas líneas de investigación, entre las que se encuentran:

• Dispositivos de más de un ancho de banda prohibida para la conversión óptima de fotones a varias longitudes de onda diferentes.
• Modificación del espectro de luz incidente (para incluyir el espectro de UV e infrarrojo durante la noche).
• Aprovechamiento del calor producido dentro de la célula.

Entre otras, se consideran tecnologías de célula solar de tercera generación las siguientes:

• Células multi-unión (de más de un ancho de banda prohibida). La mayor eficiencia eléctrica conseguida hasta la fecha (40,7%) se ha obtenido con uno de estos dispositivos.​
• Nanoestructuras de silicio
• Alzaconversores (Upconverters) / bajaconversores (downconverters)
• Células de portadores calientes (hot-carrier cells)
• Células termoeléctricas
• Nanoestructuras de silicio
• Células de banda intermedia
• Células con pozos cuánticos

Un kilo de CIGS integrado en una célula solar produciría tanta electricidad como cinco kilos de uranio enriquecido.​

Investigación

En España se ha puesto en marcha el Proyecto Singular Estratégico Fotomol, para incrementar el conocimiento sobre la célula solar orgánica y la célula fotovoltaica Graetzel (también conocida como célula solar sensibilizada por colorante).​

Véase también

• Calentador solar
• Colector solar
• Concentrador solar
• Efecto fotoeléctrico
• Energía solar fotovoltaica
• Energía solar
• Fotodiodo
• Fotoresistencia
• Panel solar
• Panel fotovoltaico
• Película fina
• Semiconductor

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga una galería multimedia sobre Célula fotoeléctrica.
• Epia organiza su primera conferencia internacional dedicada a la película fina
• Investigadores españoles logran el récord mundial de eficiencia para una célula solar de doble unión.
• [1]
• Celda solar orgánica
• Página web con información detallada sobre energía solar fotovoltaica