¿Qué es la fotovoltaica?

El diagrama anterior ilustra el funcionamiento de una celda fotovoltaica básica, también llamada celda solar. Las células solares están hechas de los mismos tipos de materiales semiconductores, como el silicio, que se utilizan en la industria de la microelectrónica. Para las celdas solares, una fina oblea semiconductora se trata especialmente para formar un campo eléctrico, positivo en un lado y negativo en el otro. Cuando la energía de la luz golpea la celda solar, los electrones se sueltan de los átomos en el material semiconductor. Si se unen conductores eléctricos a los lados positivo y negativo, formando un circuito eléctrico, los electrones pueden capturarse en forma de corriente eléctrica, es decir, electricidad. Esta electricidad se puede usar para alimentar una carga, como una luz o una herramienta.

Un número de células solares conectadas eléctricamente entre sí y montadas en una estructura o marco de soporte se denomina módulo fotovoltaico. Los módulos están diseñados para suministrar electricidad a un cierto voltaje, como un sistema común de 12 voltios. La corriente producida depende directamente de la cantidad de luz que incide en el módulo.

Los dispositivos fotovoltaicos más comunes de la actualidad utilizan una única unión o interfaz para crear un campo eléctrico dentro de un semiconductor, como una célula fotovoltaica. En una celda fotovoltaica de unión simple, solo los fotones cuya energía es igual o mayor que la banda prohibida del material de la celda pueden liberar un electrón para un circuito eléctrico. En otras palabras, la respuesta fotovoltaica de las celdas de unión simple se limita a la porción del espectro solar cuya energía está por encima de la banda prohibida del material absorbente, y no se utilizan fotones de menor energía.

Una forma de sortear esta limitación es usar dos (o más) celdas diferentes, con más de una banda prohibida y más de una unión, para generar un voltaje. Estas se conocen como celdas de "unión múltiple" (también llamadas celdas en "cascada" o "tándem"). Los dispositivos de unión múltiple pueden lograr una mayor eficiencia de conversión total porque pueden convertir una mayor parte del espectro de energía de la luz en electricidad.

Como se muestra a continuación, un dispositivo de unión múltiple es una pila de celdas individuales de unión única en orden descendente de intervalo de banda (p. ej.). La celda superior captura los fotones de alta energía y pasa el resto de los fotones para que sean absorbidos por las celdas de banda prohibida inferior.