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El efecto fotovoltaico

1839-01-01
  • Alexandre-Edmond Becquerel
Instalación de paneles solares para demostrar el efecto fotovoltaico en la física del estado sólido.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El efecto fotovoltaico es la generación de voltaje y corriente eléctrica en un material al exponerlo a la luz. Es un fenómeno físico-químico. Una aplicación común es la célula solar, que utiliza este efecto para convertir la luz solar directamente en electricidad. El efecto se basa en que los fotones de luz excitan a los electrones a un estado de mayor energía.

El efecto fotovoltaico fue observado por primera vez por el físico francés Alexandre-Edmond Becquerel en 1839. Descubrió que se desarrollaba un voltaje cuando se iluminaba un electrodo de cloruro de plata en una solución ácida. El efecto siguió siendo una curiosidad científica durante décadas. La comprensión moderna se basa en la física de semiconductores. Cuando un fotón con suficiente energía incide en un material semiconductor, puede excitar un electrón, moviéndolo de la banda de valencia a la banda de conducción. Esto crea un par electrón-hueco. En un dispositivo fotovoltaico, un campo eléctrico interno, generalmente creado por una unión pn, separa estos portadores de carga. Los electrones son barridos hacia el lado n y los huecos hacia el lado p. Esta separación de carga crea un voltaje a través de la unión. Si se conecta un circuito externo, los electrones libres fluirán a través del circuito, creando una corriente continua (CC). La energía del fotón debe ser mayor que la banda prohibida del material semiconductor para que ocurra este proceso. Los fotones con energía menor que la banda prohibida pasan a través del material sin ser absorbidos, mientras que los fotones con energía mucho mayor que la banda prohibida tendrán su exceso de energía convertido en calor, lo que reduce la eficiencia general de la celda.

La primera celda fotovoltaica de estado sólido fue creada por Charles Fritts en 1883, quien recubrió selenio con una fina capa de oro. Sin embargo, su eficiencia era inferior al 1%. El avance se produjo en 1954 en los Laboratorios Bell, donde Daryl Chapin, Calvin Fuller y Gerald Pearson desarrolló la primera célula solar de silicio práctica, logrando una eficiencia de alrededor del 6%. Este invento marcó el comienzo de la era moderna de energía solar Esta tecnología se utilizó inicialmente para aplicaciones específicas, como el suministro de energía a satélites en el espacio.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Física del estado sólido

Tipo

Fenómeno físico

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Posteriormente confirmado por el descubrimiento del electrón por JJ Thomson (1897)
  • Más tarde, la explicación de Einstein sobre el efecto fotoeléctrico (1905).
  • Desarrollo de la física de semiconductores y la teoría de la unión pn (década de 1940)
  • Descubrimiento de la fotoconductividad del selenio por Willoughby Smith (1873)

Aplicaciones

  • Paneles solares para generación de energía residencial y a escala de servicios públicos
  • centrales fotovoltaicas
  • calculadoras y relojes que funcionan con energía solar
  • sistemas de energía de naves espaciales
  • teledetección y telecomunicaciones

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Células solares transparentes integradas en ventanas
  • Películas solares flexibles y ligeras para dispositivos electrónicos portátiles y prendas de vestir
  • Células solares tándem de perovskita con eficiencias superiores al 30%
  • agrivoltaics: co-locating solar panels and agricultural crops
  • Sistemas de purificación de agua con energía solar para regiones en desarrollo
  • carreteras y senderos fotovoltaicos
  • Sistemas fotovoltaicos integrados en edificios (BIPV) como elementos estructurales
  • Drones alimentados con energía solar para vuelos de larga duración
  • materiales de células solares autorreparables
  • Satélites de energía solar basados ​​en el espacio que transmiten energía a la Tierra
Relacionado con: efecto fotovoltaico, célula solar, semiconductor, unión pn, par electrón-hueco, fotones, corriente continua, banda prohibida, Becquerel, energía renovable.

Contexto histórico

El efecto fotovoltaico

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1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1850
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1835
1838
1841
1845
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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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