Célula fotoeléctrica

Célula solar monocristalina durante su fabricación
Símbolo de la célula fotovoltaica

Una célula fotoeléctrica, también llamada celda, fotocélula o célula fotovoltaica, es un dispositivo electrónico que permite transformar la energía lumínica ( fotones) en energía eléctrica ( flujo de electrones libres) mediante el efecto fotoeléctrico, generando energía solar fotovoltaica. Compuesto 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 16 %, pero según la tecnología utilizada varía desde el 6% de las células de silicio amorfo hasta el 22 % de las células de silicio monocristalino. También existen las células multicapa, normalmente de arseniuro de galio, que alcanzan eficiencias del 30 %. En laboratorio se ha superado el 46 % con células experimentales.[2]

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

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 12  V ó 24 V) 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

Historia

El efecto fotovoltaico fue experimentalmente demostrado por primera vez por el físico francés Edmond Becquerel. En 1839, a los 19 años, construyó la primera célula fotovoltaica del mundo en el laboratorio de su padre. Willoughby Smith describió por primera vez el «Effect of Light on Selenium during the passage of an Electric Current» [Efecto de la luz sobre el selenio durante el paso de una corriente eléctrica] el 20 de febrero de 1873 en la revista Nature. En 1883 Charles Fritts construyó la primera célula fotovoltaica de estado sólido mediante el recubrimiento del selenio semiconductor con una capa delgada de oro para formar las uniones; el dispositivo tuvo solo alrededor del 1% de eficiencia.

En 1888 el físico ruso Aleksandr Stoletov construyó la primera célula basada en el efecto fotoeléctrico externo descubierto por Heinrich Hertz en 1887.[3]

En 1905 Albert Einstein propuso una nueva teoría cuántica de la luz y explicó el efecto fotoeléctrico en un artículo de referencia, por el que recibió el Premio Nobel de Física en 1921.[4]

Vadim Lashkaryov descubrió uniones p-n en CuO y protocélulas de sulfuro de plata en 1941.[5]

Russell Ohl patentó la moderna célula solar en unión semiconductora en 1946[6] mientras trabajaba en la serie de avances que conducirían al transistor.

La primera célula fotovoltaica práctica se mostró públicamente el 25 de abril de 1954 en los Laboratorios Bell.[9]

Las células solares adquirieron notoriedad con su incorporación en el satélite artificial Vanguard I en 1958, y su subsiguiente utilización en satélites más avanzados, durante la década de 1960.

Las mejoras fueron graduales durante las siguientes dos décadas. Sin embargo, este éxito fue también la razón de que los costos se mantuvieran altos, porque los usuarios de aplicaciones espaciales estaban dispuestos a pagar las mejores células posibles, sin tener ninguna razón para invertir en las de menor costo, en soluciones menos eficientes. El precio estaba determinado en gran parte por la industria de los semiconductores; su traslado a los circuitos integrados en la década de 1960 llevó a la disponibilidad de lingotes más grandes a precios relativamente más bajos. Al caer su precio, el precio de las células resultantes también lo hizo. Estos efectos bajaron los costos en 1971 a unos $ 100 por vatio.[10]

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