Células fotovoltaicas y solares

La tecnología solar fotovoltaica convierte la luz en electricidad al nivel atómico. El efecto fotoeléctrico hace que ciertos materiales semiconductores absorban partículas o fotones de la luz solar y liberen electrones. Una célula fotovoltaica produce electricidad a partir de la luz visible; una célula solar absorbe la gama completa de frecuencias luminosas, no sólo la luz visible, de la luz solar y convierte la radiación solar en energía útil. En tanto que fuente de energía eficiente, sostenible e inocua, los sistemas de células fotovoltaicas y solares se utilizan para la generación de energía en red o aislada en muchos tipos de dispositivos, desde los vehículos eléctricos (VE) y los tejados solares hasta los sistemas de bombeo y desalinización del agua.  

En las células fotovoltaicas se utilizan materiales semiconductores dispuestos en capas como una unión PN para convertir la energía lumínica en forma de fotones en corriente eléctrica en forma de electrones. La unión PN es una interfaz entre un semiconductor de tipo p (material aceptor de electrones) y un semiconductor de tipo n (material donante de electrones). Cuando el fotón es absorbido por el semiconductor de tipo n, se desprende un electrón, generando un electrón libre y un par electrón-hueco. El electrón con carga negativa es atraído por el material de tipo p, y el agujero con carga positiva es atraído por el material de tipo n. Si se conecta un circuito completado a los electrodos, el electrón libre se desplazará a través del circuito, creando una corriente eléctrica y un voltaje hasta que se recombine con un electrón-hueco en el material de tipo p.

La eficiencia de los sistemas fotovoltaicos varía en función del tipo de tecnología de célula fotovoltaica y el tipo de material semiconductor utilizado. Las primeras células solares estaban compuestas de materiales inorgánicos policristalinos y monocristalinos. Se ha producido un notable progreso en la tecnología fotovoltaica debido a los considerables avances acaecidos en la electrónica y los materiales orgánicos.

Una célula solar orgánica es ligera, flexible y puede producirse a bajo coste con donantes poliméricos de alto rendimiento, y aceptores fullereno y no-fullereno (NFA) a través de procesos de solución a baja temperatura en un conductor transparente, como el óxido de indio y estaño (ITO) o el óxido de estaño dopado con flúor (FTO). Los materiales orgánicos de transporte de huecos (HTM) han permitido células solares de perovskita de gran rendimiento como un método alternativo, más eficiente, para recolectar la energía solar.

Las células solares de perovskita utilizan normalmente un material inorgánico-orgánico híbrido como capa activa recolectora de luz. Las células solares de perovskita tienen una elevada eficiencia de conversión, bajo coste y fabricación sencilla lo que las convierte en las tecnologías solares de avance más rápido para aplicaciones comerciales. Las perovskitas de haluro de plomo tienen la eficiencia de conversión más elevada y constituyen la tecnología de células solares de crecimiento más rápido.