PRINCIPIO FÍSICO

Las celdas solares generan energía eléctrica a través de un principio físico que se conoce como efecto fotoeléctrico. Cuando un haz de luz impacta sobre un átomo que contiene electrones separa el electrón del núcleo y produce dos cargas, el núcleo queda con una carga positiva y el electrón se lleva la carga negativa. Esto produce la aparición de un par electrón-hueco. El dispositivo se diseña de manera que exista la unión de dos materiales entre los cuales se establece una diferencia de campo eléctrico. Cuando las cargas están en ese campo eléctrico son sometidas a fuerzas y se desplazan libremente. Si se mantiene el flujo de electrones, se mantiene la generación de cargas circulando por el circuito y se dispone de una corriente eléctrica.

Los fotones tienen una energía característica determinada por la frecuencia de onda de la luz. Si un átomo absorbe energía de un fotón y tiene más energía que la necesaria para expulsar un electrón del material y además posee una trayectoria dirigida hacia la superficie, entonces el electrón puede ser expulsado del material. Si la energía del fotón es demasiado pequeña, el electrón es incapaz de escapar de la superficie del material.

LEYES DE LA EMISIÓN FOTOELÉCTRICA

1. Para un metal y una frecuencia de radiación incidente dados, la cantidad de fotoelectrones emitidos directamente proporcional a la intensidad de luz incidente.
2. Para cada metal dado, existe una cierta frecuencia mínima de radiación incidente debajo de la cual ningún fotoelectrón puede ser emitido. Esta frecuencia se llama frecuencia de corte
3. Por encima de la frecuencia de corte, la energía cinética máxima del fotoelectrón emitido es independiente de la intensidad de la luz incidente, pero depende de la frecuencia de la luz incidente.
4. La emisión del fotoelectrón se realiza instantáneamente, independientemente de la intensidad de la luz incidente

FORMULACIÓN MATEMÁTICA

Energía de un fotón absorbido = Energía necesaria para liberar 1 electrón + energía cinética del electrón emitido.

hf = hf0 +1/2mv2

donde h es la constante de Planck, f0 es la frecuencia de corte o frecuencia mínima de los fotones para que tenga lugar el efecto fotoeléctrico

La constante de Planck es  6.62606896(33) x 10-34  en unidades de J x Seg

EFECTO FOTOELÉCTRICO EN LA ACTUALIDAD

El efecto fotoeléctrico es la base de la producción de energía eléctrica por radiación solar y del aprovechamiento energético de la energía solar. El efecto fotoeléctrico se utiliza también para la fabricación de células utilizadas en los detectores de llama de las calderas de las grandes centrales termoeléctricas. Este efecto es también el principio de funcionamiento de los sensores utilizados en las cámaras digitales. También se utiliza en diodos fotosensibles tales como los que se utilizan en las células fotovoltaicas y en electroscopios o electrómetros. En la actualidad los materiales fotosensibles más utilizados son, aparte de los deriva cobre, el silicio, que produce corrientes eléctricas mayores.