¿Qué es el efecto fotovoltaico?

El efecto fotoeléctrico o fotovoltaico consiste en la conversión de luz solar en energía eléctrica por medio de las células fotovoltaicas que se encuentran en los paneles solares. Es el resultado de la producción de una corriente eléctrica generada por el contacto de dos piezas formadas por materiales diferentes que son expuestas a la radiación electromagnética que proviene de los rayos solares.

¿Cómo conseguimos que se produzca el efecto fotovoltaico?

Las células solares se fabrican con materiales semiconductores como el silicio que se comportan de diferente manera cuando son expuestos a la electricidad. Por eso, mediante la exposición solar, son capaces de transformar la radiación electromagnética del sol en electricidad en forma de corriente continua. 

La radiación absorbida por cada célula provoca el salto de electrones de una capa a otra y así se genera la energía eléctrica. Los rayos del sol están formados por partículas llamadas fotones, que son los que alteran el material dando a comenzar el efecto fotovoltaico. Con la energía que producen los fotones se pretende que el electrón se libere del átomo, ya que una vez libre se puede desplazar por el material y utilizarse como energía eléctrica. En este proceso, materiales como el silicio adquieren conductividad.

¿Cómo se consigue una corriente eléctrica?

Cuando el electrón se libera del átomo y empieza a desplazarse a través del material que, como ya hemos mencionado, ahora es conductor, se queda un hueco en el átomo que espera ser ocupado. Es ahí cuando se producen las cargas eléctricas.

Esta corriente de cargas puede salir del material y realizar un trabajo útil, pero para conseguir esto necesitamos que el campo eléctrico tenga una polaridad constante. De lo contrario, la corriente se interrumpirá y no se podrá extraer de manera constante y regular. Cuando el campo eléctrico tiene una polaridad constante actúa como una bomba que impulsa a los electrones en el sentido contrario al de los huecos que aparecen.

La importancia de los fotones

Los fotones de radiación ultravioleta, es decir, los de longitudes de onda pequeñas son más energéticos que los que corresponden a la radiación infrarroja, que corresponde a una longitud de onda mayor.

El silicio, como el resto de materiales semiconductores, tiene una energía mínima que permite liberar los electrones de sus átomos. Esta energía corresponde a los fotones de una banda de frecuencias que va desde los rayos ultravioleta hasta los colores visibles por el ojo humano con la excepción del rojo, que tiene una energía asociada menor de 1,2 electronvoltios.

¿Todas las partículas de luz se transforman en electricidad? 

No. Se absorbe gran parte de la radiación que reciben las células fotovoltaicas, aunque mediante transmisión se producen pérdidas en la energía que llega hasta las placas solares al cambiar de material. En este cambio de medio, algunos fotones pierden demasiada energía y no mantienen suficiente como para desplazar un electrón. Las pérdidas asociadas a la no absorción dependen de las propiedades del material y por tanto no se pueden evitar.

Además, hay un cierto número de fotones que, aunque atraviesan la lámina del material semiconductor, no se topan con ningún electrón y son, por lo tanto, reflejados. A esto se le denomina pérdida por reflexión. Este tipo de pérdidas se puede reducir mediante tratamientos anti reflejos que se les puede dar a la superficie de la célula fotovoltaica.