Celdas Solares
Una fuente de energía renovable que transforma la luz en electricidad
Los fotones de luz liberan electrones de los átomos, que se mueven a la capa tipo p y dejan “huecos” detrás que serán llenados por otro electrón.
Cuando las capas de tipo n y de tipo p están conectadas con un cable metálico, los electrones de la capa de tipo p vuelven a la capa tipo n. Los electrones se mueven de una capa a otra, ocupando y liberando huecos, lo que genera un flujo de electricidad.
Una fuente de energía renovable
Las celdas solares o fotovoltaicas son dispositivos que transforman la luz en electricidad. Para ello, utilizan capas de diferentes materiales, con un material central (un semiconductor) que absorbe la luz e inicia un proceso físico-químico para producir electricidad.
Dentro de una celda solar
Las celdas solares o fotovoltaicas están formadas por capas de diferentes materiales. La capa central es un material semiconductor que absorbe la luz e inicia un proceso físico-químico para producir electricidad.
La estructura de una celda solar está formada por una capa de silicio tipo n colocada junto a una capa de silicio tipo p. En la capa tipo n hay un exceso de electrones y en la capa tipo p hay un exceso de huecos cargados positivamente (vacantes por falta de electrones de valencia). Cerca de la unión de las dos capas, los electrones de un lado de la unión (capa tipo n) se mueven hacia los orificios huecos del otro lado de la unión (capa tipo p). Esto crea un área alrededor de la unión, llamada zona de agotamiento, en la que los electrones llenan los huecos.
Cuando todos los huecos están llenos de electrones en la zona de agotamiento, el lado tipo p de la zona de agotamiento (donde los huecos estaban presentes inicialmente) ahora contiene iones cargados negativamente, y el lado de tipo n de la zona de agotamiento (donde estaban presentes los electrones) ahora contiene iones cargados positivamente. La presencia de estos iones con carga opuesta crea un campo eléctrico interno que evita que los electrones en la capa tipo n llenen los huecos en la capa tipo p.
Cuando la luz solar incide en una celda solar, se expulsan electrones en el silicio, lo que da como resultado la formación de «huecos», es decir, los huecos que dejan los electrones que escapan. Si esto sucede en el campo eléctrico, el campo moverá electrones a la capa tipo n y huecos a la capa tipo p. Si conecta las capas tipo n y tipo p con un cable metálico, los electrones viajarán desde la capa tipo n a la capa tipo p cruzando la zona de agotamiento y luego pasarán por el cable externo que se encuentra detrás de la capa n, creando un flujo de electricidad.
Margen de mejora
Tradicionalmente, la capa central de las celdas solares estaba impregnada con silicio, pero ahora se están investigando nuevos tipos de materiales, como las peroviskitas. En los últimos años, los científicos están investigando cómo usar este material para construir paneles solares más baratos y eficientes. Las perovskitas fueron descubiertas en Rusia en el siglo XVIII, y es un material barato, abundante y excelente para absorber y emitir luz. Además, tienen el potencial para cambiar la dinámica y la economía de la energía solar.
Las celdas solares de perovskita son un tipo de celdas solares que contienen un compuesto estructurado de perovskita, a menudo, comunmente, un material híbrido orgánico-inorgánico basado en haluros de plomo o estaño, como capa activa para absorber la luz. Los materiales de perovskita son baratos y fáciles de producir. Las celdas de perovskita son actualmente una teconología solar que está avanzando muy rápidamente. Son además atractivas comercialmente puesto que tienen el potencial de alcanzar una eficiencia alta y los costes de producción son bajos.
Las celdas solares sensibilizadas con colorante son celdas solares de bajo coste que pertenecen al grupo de celdas solares de película fina. Se basan en semiconductores con un ánodo fotosensible y un electrolito, un sistema electroquímico. Estas celdas son fáciles de construir, usando técnicas convencionales de impresión, son semiflexibles y semi transparentes. Gracias a ello,tienen una gran variedad de usos aplicables sobre cristal,a bajo coste.
¿Cúal es la contribución de los grupos de investigación del ICIQ?
El grupo del Prof. Palomares desarrolla celdas solares basadas en perovskita, utilizando elementos abundantes en la tierra. El grupo también profundiza en el estudio de las reacciones de transferencia de carga dentro de las capas de la celda solar para comprender mejor su funcionamiento interno, puesto que limitan la eficiencia de las celdas solares actuales. Además, diseñan sistemas inspirados en plantas que permitan absorber y transformar la luz solar en energía química de manera más eficiente.