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Efecto Fotovoltaico. Pag. 1
1.
EXPERIMENTO Nº 9: EFECTO FOTOVOLTAICO
2.
OBJETIVOS:
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3.
Conocer la estructura y el funcionamiento de una celda fotovoltaica.
Determinar la relación entre intensidad de la luz incidente sobre una celda y la
fuerza electromotriz V que esta proporciona.
TEORIA
Al unir un semiconductor de tipo n con uno tipo p se produce difusión de
electrones del lado n al lado p y simultáneamente, difusión de vacancias del lado
p al n, movimientos que ocasionan que en la juntura np se forme una capa dipolar,
positiva en el lado n y negativa en el lado p. Esta capa dipolar crea un campo
eléctrico E y una correspondiente diferencia de potencial 0 que impide que
continúe estos desplazamientos. Sin embargo, al conectar las caras opuestas a la
juntura de cada semiconductor con elementos metálicos (electrodos) y se unen
externamente estos electrodos, no se advierte la presencia de corriente eléctrica
pues también se produce difusión de portadores en las fronteras metalsemiconductor generando potenciales cuya suma es exactamente igual a -0
anulando de esta manera el potencial de la juntura.
Fig.1
La situación cambia al enviársele luz a una de las superficies. Hagamos que la luz
incida sobre la superficie del semiconductor tipo p. Para que esto sea posible el
electrodo en contacto con el, en lugar de ser una placa metálica debe sustituirse
con una rejilla metálica. Se requiere, además, que este semiconductor sea una
película muy delgada de manera que no haya mucha distancia entre la superficie
bombardeada y la juntura dipolar. La luz genera en el semiconductor pares extras
electrón – vacancia cuando la energía de sus fotones es igual o superior al ancho
de la banda prohibida. Los pares producidos se difunden hacia la juntura. Al llegar
a esta zona los electrones son capturados por el campo eléctrico E y transferidos a
la sección n, mientras que las vacancias son retardadas por el mismo campo y
mantenidas en la región p.
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El campo eléctrico por lo tanto disminuye, o lo que es lo mismo, el potencial
disminuye a 0 –V0 . Este potencial V0 es llamado fuerza electromotriz de la celda
y su valor será mayor cuanto mayor sea la concentración de impurezas en los
semiconductores, cuanto mayor sea la intensidad de la luz incidente y cuanto
mayor sea el área de la placa.
La intensidad I de la luz que incide sobre la celda puede controlarse interveniendo
en la trayectoria una lamina de vidrio. Para calibrarlo se mide la fuerza
electromotriz sin lámina primero y después con ella. Esto basta para calcular el
coeficiente de absorción del vidrio: Potencia absorbida por unidad de longitud.
Como en todo experimento físico, para mejorar resultados hay que efectuar varias
mediciones y emplear métodos estadísticos.
Figura 2
4.
EQUIPO
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5.
01 Celda fotovoltaica
01 Voltímetro
01 Sensor de luz Vernier.
01 Interfase LabPro Vernier.
01 PC con software LabPro
01 Lámpara o foco incandescente
01 Regla de 1m o una wincha
02 cables
01 Alambre de extensión
PROCEDIMIENTO
a) Arme el equipo tal como muestra el diagrama adjunto. Fig. 3.
b) Considere d = 1,0m, encienda el foco incandescente y asegúrese que su luz
incida simultáneamente sobre la superficie de silicio de la celda celda
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fotovoltaica y en el sensor de luz.
Esto se logra observando que el voltímetro muestre un máximo voltaje.
El sensor también detecta una intensidad de la luz I, y su valor se lee en el
monitor de de la PC.
Anote estos valores en la Tabla I
c) Variando la distancia d, también varían la intensidad I y el voltaje V.
Aumente en 0,30m la distancia d y mida simultáneamente los valores de I y V.
Anote estos datos en la Tabla I.
d) Repita el paso c) y nuevamente anotar los datos de I y V en la Tabla I.
Figura 3
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6.
OBTENCION DE DATOS
Tabla I
d(m)
7.
I(lux)
V(V)
CALCULOS Y RESULTADOS
1) Con el software EXCEL , Grafique V vs. I.
2) Use el gráfico obtenido para obtener la ecuación matemática de V como
función de I.
3) De sus conclusiones sobre el grafico y su ecuación.
8.
CUESTIONARIO (05 PUNTOS)
9.
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES