¿Cómo la química cambió el mundo?

35. Fotosíntesis artificial: imitando la naturaleza para obtener energía

Otra forma de aprovechar la energía del Sol es convertirla en electricidad mediante celdas fo tovoltaicas basadas en semiconductores (por ejemplo, silicio). Estos materiales absorben fotones, generan pares electrón–hueco y per miten separarlos para mantener un voltaje útil. A diferencia de los semiconductores, en los metales parte de la energía se transforma en ca lor y otra se pierde por recombinación de elec trones y huecos, lo que reduciría la electricidad obtenida y no se sostiene un fotovoltaje. Cuando un semiconductor absorbe fotones con energía hν≥Eg -donde h es la constante de Planck, ν la frecuencia del fotón y Eg la energía de brecha-. En los semiconductores se generan pares elec trón–hueco (Nelson, 2003; Sze & Ng, 2007). Un Del sol a la electricidad: el poder de las celdas fotovoltaicas

hueco es una vacante en la banda de valencia que, por la ausencia de un electrón, se compor ta como un portador de carga positiva móvil . Se “desplaza” cuando electrones vecinos llenan la vacante. En una unión p–n , al juntar una zona p (muchos huecos) con una zona n (mu chos electrones), algunos electrones cruzan y se recombinan con huecos cerca del contacto. Esa recombinación deja atrás cargas fijas (donores y aceptores ionizados), creando una franja sin por tadores llamada zona de agotamiento. En esa fran ja aparece un campo eléctrico interno (Sze & Ng, 2007). Ese campo separa los portadores fotogenerados: impulsa a los electrones hacia la región n y a los huecos hacia la región p, disminu yendo su recombinación. Con contactos metáli cos y un circuito externo, los electrones salen por el lado n, atraviesan la carga y regresan por el lado p, entregando energía útil ; dentro del semicon ductor, los huecos cierran el circuito en sentido