Efecto Fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico es un fenómeno fundamental en la física y la tecnología modernas. Se refiere a la emisión de electrones de una materia cuando es golpeada por radiación electromagnética, como los fotones. La energía cinética del electrón eyectado (Ee) se calcula como la energía del fotón incidente (hν) menos la energía de enlace del electrón en su capa original (Eb).
Ee = hν – Eb
Este proceso ocurre solo si la energía del fotón alcanza o supera la energía umbral, lo que resulta en la pérdida de electrones y la carga positiva del material fotosensible. Este fenómeno tiene aplicaciones extensas en electrónica, como células fotoeléctricas y fotovoltaicas, acopladores ópticos y tubos de cámara de televisión.
Aplicaciones del Efecto Fotoeléctrico
- Efecto Fotovoltaico: En dispositivos fotovoltaicos, los fotones se convierten en electricidad. Implica la generación, separación y transporte de portadores de carga, seguido de su recolección en electrodos. La absorción de fotones en un panel solar transfiere energía a un electrón, liberándolo y generando un par electrón-hueco. Los portadores de carga se mueven en una dirección debido a la estructura de la unión p-n en células solares de silicio, generando corriente directa (DC).
- Photoemisión: La energía del fotón de un haz de luz puede hacer que una superficie libere electrones en un tubo de vacío, siendo estos recolectados por una placa.
- Photoconducción: La energía lumínica aplicada a materiales normalmente malos conductores produce electrones libres, mejorando su conductividad.
Efecto Fotovoltaico en Detalle
En un dispositivo fotovoltaico, los pasos críticos son:
- Absorción de Fotones: Los fotones de la luz solar son absorbidos por materiales semiconductores, liberando electrones.
- Separación de Portadores de Carga: Se utiliza una estructura de unión p-n para mover los electrones hacia un lado y los huecos hacia el otro.
- Recolección de Carga: Los electrones, tras pasar por un circuito externo, se recombinan con huecos en el otro lado de la célula solar, generando electricidad.
Los paneles solares, configurados como un conjunto de células, convierten la energía solar en electricidad DC. La tensión generada es igual a la diferencia en los niveles de Fermi de los portadores de carga.
Aplicaciones y Futuro del Efecto Fotovoltaico
La energía solar, capturada mediante células solares, es una fuente de energía renovable cada vez más popular, gracias a la reducción de costos y su bajo impacto ambiental. Las células solares, hechas de semiconductores como el silicio, generan corriente continua cuando son irradiadas por fotones. Los paneles solares, que consisten en múltiples células conectadas, pueden alcanzar voltajes de circuito abierto de aproximadamente 0.5 a 0.6 voltios por célula, con una vida útil de 20 a 30 años. Son ideales para proveer electricidad en áreas sin conexión a la red eléctrica.
