El origen del color en la naturaleza. Una introducción a la química ...

8 Ricardo Rafael Contreras
de materiales denominados semiconductores, que fundamentalmente
utilizan silicio elemental como base. Otros materiales semiconductores
comunes son el teluro y el selenuro cadmio (CdTe y CdSe) y el arsenuro
de galio (GaAs).
Figura 8.2 Celdas fotovoltaicas: (a) celda fotovoltaica unitaria. (b) paneles solares de
uso doméstico construidos a partir de las celdas fotovoltaicas unitarias.
En un cristal de silicio puro, cada átomo tiene cuatro electrones
de valencia (Si: [Ne]3s 2 3p 2 ) y está unido mediante enlaces covalentes
a otros cuatro átomos de silicio. Para fabricar una celda fotovoltaica se
contamina el silicio con pequeñas cantidades de impurezas específicas,
v.gr. 1 ppm de arsénico, sintetizando nuevos monocristales. Los átomos
de arsénico tienen cinco electrones de valencia (As: [Ar]3d 10 4s 2 4p 3 ),
cuatro de los cuales son utilizados para formar enlaces con el silicio,
quedando remanente un quinto electrón que goza de cierta libertad para
desplazarse. Este tipo de cristal, con electrones remanentes, es denominado
“cristal donador”. También se fabrica un segundo tipo de cristal,
que se sintetiza añadiendo 1 ppm de boro, el cual tiene solo tres
electrones de valencia (B: [He] 2s 2 2p 1 ). Estos tres electrones sirven para
enlazarse a los átomos de silicio, con el faltante de un electrón, lo que
genera un “agujero o hueco positivo” en el nuevo cristal. Este cristal,
que se dice está “dopado” con boro, se denomina “cristal receptor”.
Para construir la celda fotovoltaica se ponen en contacto los dos tipos
de cristal, la capa de cristal receptor da la cara al sol, mientras que la
capa de cristal donador se encuentra en el interior de la celda (ver Figura
8.3) Cuando se unen estos dos materiales (receptor y donador),
los electrones remanentes tienden a migrar rápidamente del donador
al receptor. Los huecos, cerca de la unión entre ambos materiales, se
llenan con los electrones móviles cercanos y el flujo cesa. Cuando la luz
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