Por Chris Deziel | Actualizado el 30 de agosto de 2022
Crédito de la foto:luchschen/iStock/GettyImages
Los paneles solares son esencialmente conjuntos de células fotovoltaicas que convierten la luz solar en electricidad. Si bien los paneles comerciales utilizan silicio dopado, construir sus propias células a partir de materiales cotidianos es a la vez educativo e impresionante. Con una lámina de cobre, un poco de agua salada y una botella transparente, puedes generar una corriente mensurable a partir de la luz solar; suficiente, cuando se combinan en serie, para cargar una batería o encender una pequeña bombilla.
Cuando Heinrich Hertz observó por primera vez el efecto fotoeléctrico, trabajó con placas de metal (a menudo de cobre oxidado) porque aún no había obleas de silicio disponibles. El cobre oxidado, concretamente el óxido cuproso (Cu₂O), se comporta como un semiconductor. Cuando se sumerge en un electrolito y se expone a la luz, los electrones se excitan y fluyen desde el cobre hacia la solución circundante. Una placa de cobre limpia sirve como ánodo, mientras que la placa oxidada actúa como cátodo, creando una diferencia de voltaje que impulsa la corriente a través de un circuito externo.
Comience con aproximadamente medio pie cuadrado de tapajuntas de cobre, que se puede encontrar en la mayoría de las ferreterías. Con unas tijeras de hojalatero, corte la hoja en dos trozos iguales. Lave ambas piezas con agua y jabón para eliminar cualquier resto de grasa o residuo.
Coloque una hoja sobre la hornilla de una estufa eléctrica, asegurándose de que cubra la superficie. Ajuste el fuego al máximo y observe el cambio de color:primero se ilumina y luego se oscurece a medida que se forma una fina capa de óxido cúprico (CuO). Deje que el cobre adquiera un aspecto negro y continúe calentando durante 30 minutos más. Apagar el fuego y dejar enfriar la placa sobre el fuego.
A medida que la placa se enfría, el cobre y el óxido cúprico se contraen a diferentes velocidades, lo que provoca que la capa negra se descame. Una vez que el plato esté completamente frío, cepille suavemente los copos sueltos. Debajo de la capa de escamas queda una banda roja de óxido cuproso:esta es la capa semiconductora que es esencial para el funcionamiento de la célula. No elimines esta capa roja.
Utilice como recipiente una botella de plástico transparente de un litro. Corta la botella cerca de la mitad, quita la parte superior y abre la parte inferior para que se convierta en una bandeja poco profunda. Doble la lámina de cobre calentada formando un semicírculo y colóquela dentro de la botella de modo que descanse contra un lado, con el lado oxidado hacia afuera. Repita con la lámina de cobre sin calentar, colocándola en el lado opuesto. Asegúrese de que las placas no se toquen.
En un vaso aparte, disuelva dos cucharadas de sal de mesa en aproximadamente dos tazas de agua tibia. Vierta la solución salina en la botella, llenándola aproximadamente hasta ¾ de su capacidad. La parte superior de las placas de cobre debe permanecer por encima del líquido, lo que le permitirá colocar pinzas de cocodrilo.
Saque la celda al aire libre y colóquela sobre una superficie plana, orientando la placa oxidada hacia la luz solar directa. Conecte un multímetro a las placas usando pinzas de cocodrilo. Configure el medidor para leer microamperios (μA). A pleno sol, el medidor debe registrar entre 33 µA y 50 µA. Cambie el medidor al modo de voltaje; debes observar unos 0,25 V. Calculando los rendimientos máximos de potencia:
P =V × I =0,25 V × 0,00005 A =0,0000125 W, o 12,5 µW.
Los paneles solares son conjuntos de células conectadas en serie, que agregan sus voltajes mientras mantienen la corriente constante. Para construir una matriz en serie simple, conecte la placa de cobre limpia (ánodo) de una celda de botella a la placa oxidada (cátodo) de la siguiente celda con un cable y pinzas de cocodrilo. Mida el voltaje en las dos placas libres restantes; el voltaje debe duplicarse a aproximadamente 0,5 V. Cada celda adicional en serie agrega otros 0,25 V. Al encadenar suficientes celdas, puedes lograr el voltaje o la potencia necesarios para cargar una batería o alimentar un pequeño LED.
• Manipule las placas de cobre calientes con cuidado para evitar quemaduras.
• Utilice pinzas de cocodrilo aisladas para evitar cortocircuitos.
• Al ampliar, considere usar un recipiente más grande o un electrolito más robusto para mejorar la eficiencia.
