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CELDAS FOTOVOLTAICAS Ya hemos visto que si la energía de los fotones que llegan a un semiconductor es suficiente, superior al trabajo de extracción, o sea, a la que hace falta para hacer pasar los electrones periféricos de los átomos del semiconductor de la banda de valencia a la de conducción, esos electrones presentaban una cierta energía cinética: 1/2 mv2 = h (v – vo) Esta energía se manifiesta en un fotodiodo en forma de una diferencia de potencial que aparece en bornes de la unión. Tal es efectivamente lo que comprobamos si conectamos un galvanómetro en bornes de un fotodiodo y lo iluminamos. Si el galvanómetro presenta una resistencia interna suficientemente baja para que, vista desde la unión, pueda ser asimilada aun cortocircuito, podemos comprobar experimentalmente que la corriente de cortocircuito del fotodiodo es directamente proporcional ala iluminación. En cuanto a la fuerza electromotriz, sube bastante rápidamente cuando crece la iluminación, para llegar a una saturación. Por lo tanto, los fotodiodos de unión se pueden usar como generadores en ese caso se llaman celdas fotovoltaicas. En realidad, las celdas fotovoltaicas de unión se diferencian de los fotodiodos por la configuración de la superficie activa, de su unión. Los hay que presentan una superficie activa de varios centímetros cuadrados. La figura 50 muestra el símbolo, un corte esquemático y las curvas características e una fotocelda, en principio, prácticamente todos los semiconductores utilizados para la fabricación de fotodiodos pueden entrar en la de las celdas fotovoltaicas; pero en la práctica los más usados son los de silicio. Hay otros tipos de celdas fotovoltaicas llamadas de barrera superficial, que se obtienen partiendo de un depósito de semiconductor policristalino en una placa metálica, que forma el electrodo posterior, el anterior está constituido por un depósito de oro bastante fino para resultar transparente, o por un depósito metálico en forma de rejilla Los semiconductores más usados en la fabricación de estas celdas son actualmente el selenio y el telururo de cadmio. Desde el punto de vista de la corriente de cortocircuito y de la fuerza electromotriz, las celdas de capa de barrera se comportan de la misma manera que las de unión. Una ventaja sobre la mayoría de los fotodetectores es que no requiere una alimentación exterior para el funcionamiento ya que la salida es en voltaje. Las principales aplicaciones son. 1. Detectar la presencia de un cuerpo opaco(figura 51). 2. Detectar el grado de translucidez (Capacidad de dejar pasar luz) o el grado de luminiscencia (Capacidad para generar luz) de un fluido o un sólido (figura 52). U2-T6 Fotoceldas - 1 (a) (b) (c) Figura 50. (a) Símbolo. (b) Corte esquemático. (c) Curvas del voltaje de circuito abierto y la corriente de cortocircuito de una celda fotovoltaica. La figura 51 es un ejemplo típico del uso de la fotocelda en aplicaciones industriales donde el arreglo lámpara-celda esta acoplado tomando en cuenta la iluminación del medio, el circuito permite detectar un objeto entre la lámpara y el sensor, esto es para detectar por ejemplo cuando U2-T6 Fotoceldas - 2 un operador industrial no a retirado las manos en una troqueladora y de este modo no permitir que la maquina accione. Figura 51. Aplicación típica de una celda fotovoltaica. La figura 52 muestra una aplicación donde el arreglo lámpara-fotocelda se usa para detectar concentración de productos químicos (hipoclorito de sodio (cloro)), esto se logra con la coloración del producto o con la viscosidad del producto. En el diagrama podemos ver que la concentración depende de la iluminación que le llega a las celdas fotlvoltaicas el circuito puente nos permite calibrar el galvanómetro para detectar concentración. Figura 52. Medidor de concentración en productos químicos. U2-T6 Fotoceldas - 3 La figura 53 muestra un circuito para un uso extraordinario de la celda fotovoltaica, este uso se debe a que las cámaras fotográficas son muy pequeñas, el uso es para el exposímetro el cual permite ajustar la cantidad de luz que le llega a la película y así tomar mejores fotografías. Figura 53. Control de exposición fotográfica con celda fotovoltaica. U2-T6 Fotoceldas - 4