La luz consiste en partículas de energía llamadas fotones. La energía de un fotón se mide en electronvolts, o eV. Un eV es equivalente a la energía ganada por un electrón cuando acelera a través de una diferencia de potencial de un voltio. Los electrones en los átomos de una célula solar necesitan una cantidad específica de energía de los fotones para poder propulsarse al circuito de un sistema de energía solar.
Relación entre la energía y la longitud de onda
La relación entre la energía de un fotón y la longitud de onda de la luz es inversa; a medida que aumenta la longitud de onda de la luz, la energía disminuye. En el espectro de luz visible, la energía de los fotones varía desde aproximadamente 1,65 eV a 3,1 eV. Las longitudes de onda correspondientes de estas energías son 750 y 400 nanómetros, respectivamente. Estas longitudes de onda corresponden a los extremos rojo y violeta del espectro de la luz visible.
Energía requerida para las células solares
Una célula solar de silicio típica requiere 1.1 eV para que los electrones fluyan fuera del célula y a través de los circuitos del sistema de paneles solares. Este 1.1 eV de energía corresponde a fotones en el rango infrarrojo del espectro con una longitud de onda de aproximadamente 1.127 nanómetros. A energías inferiores a 1.1 eV, los fotones no tienen energía suficiente para desalojar los electrones. En longitudes de onda más cortas y energías más altas, los electrones de silicio se energizarán y la corriente fluirá. Sin embargo, las longitudes de onda más cortas y las energías de fotones más altas no se corresponden con un aumento en la corriente eléctrica. Cuando un fotón de mayor energía impacta en una célula solar, la energía por encima de 1.1 eV se emite en forma de calor.
Eficiencia del panel
Mucha energía del sol no se usa para crear electricidad en el sol. paneles. De hecho, un panel solar de silicio típico solo convertirá entre un 15 y un 18 por ciento de la energía solar entrante en electricidad. Esto se debe en parte a la energía muy específica que se necesita para desalojar los electrones de los átomos de silicio de la célula. Cualquier energía por encima o por debajo de esa energía de fotones de 1.1 eV no se convierte en electricidad por los paneles solares.
Diferentes materiales de células solares
Mientras muchas células solares de grado de consumo están hechas de silicio, las células pueden estar hecho de diferentes materiales semiconductores también. Estos materiales tienen diferentes propiedades atómicas, que corresponden a diferentes requerimientos de energía de los fotones. Por ejemplo, una célula solar de arseniuro de galio requiere aproximadamente 1.4 eV de energía de un fotón. Esto corresponde a una longitud de onda de aproximadamente 886 nanómetros. El silicio sigue siendo el material más comúnmente utilizado tanto por el costo de producción como por el hecho de que incluso una eficiencia del 15 por ciento es suficiente para la mayoría de las aplicaciones de energía solar cotidiana.
