Posts Tagged ‘longitud de onda’


Band-Gap Impact on Photovoltaic Efficiency

Conocemos que la banda prohibida del silicio es 1.12 eV lo cual corresponde a la longitud de onda de 1.11 micrómetros, esto hace que cualquier energia en el espectro solar con longitudes de onda más largas que 1.11 micrómetros no pueda enviar un electrón a la banda de conducción. Y, cualquier fotón con longitud de onda menor a 1.11 micrómetros desechará su energía extra. Según la curva AM 1.5, 20.2 % de la energía en el espectro se pierde debido a que los fotones tienen menos energía que la banda prohibida (hv < Eg), y otro 30.2 % se pierde debido a que los fotones tienen hv > Eg. El remanente 49.6 % representa la máxima posible fracción de la energía del sol que puede ser colectada por una celda solar de silicio. Es decir, estas restricciones impuestas por la banda prohibida del silicio limitan la eficiencia del silicio a un poco menos del 50%… he ahí la labor de lograr esa eficiencia ideal.


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absortion_clorofila_especto_solar_atmosfera_atmosphere_tierra

La figura muestra la radiación solar y lo que absorbe la clorofila según su longitud de onda, como se puede ver, la curva A que es lo que se capta fuera de la atmósfera tiene una forma caracterizado por los procesos nucleares internos al Sol. La curva B se genera por la absorción de ciertas longitudes de onda por los componentes que tiene la atmósfera, entre ellas el ozono. La curva C es el espectro de absorción de la clorofila, las longitudes de onda son determinantes para la generación de O2 durante el día y la liberación de CO2 durante la noche por parte de las plantas. Vaya forma de la curva de absorción de la clorofila, seguro que los naturalistas y/o químicos pueden dar explicaciones de cómo es que se creó la clorofila, su impacto en el medio ambiente y si existe investigaciones para mejorar su performance.


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Una forma de caracterizar o diagnosticar si la célula está recolectando adecuadamente fotones de distintas longitudes de onda es mediante la medida de la eficiencia cuántica del dispositivo. La eficiencia cuántica es el cociente entre el número de electrones extraídos del dispositivo (con la célula en cortocircuito) y el número de fotones incidente sobre el mismo para cada valor de longitud de onda.

Habitualmente, la eficiencia cuántica se calcula de forma simultánea a la respuesta espectral del dispositivo, que expresa el mismo concepto en términos de corriente extraída de la célula por unidad de potencia luminosa incidente.

La respuesta espectral de células basadas en distintos materiales se muestra en la figura. Ambas magnitudes, la respuesta espectral y la eficiencia cuántica, permiten identificar problemas y defectos en la célula y además dónde se están produciendo, hasta el punto de que se consideran como la huella dactilar de la célula.

respuesta_espectral


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La radiación solar viaja en línea recta, pero los gases y partículas en la atmósfera pueden desviarla. Este proceso es conocido como dispersión. La dispersión ocurre cuando un fotón se encuentra con un obstáculo en su camino, el cual sólo hace que el fotón cambie la dirección de su recorrido, sin ser absorbido. La dispersión depende de la longitud de onda, en el sentido de que mientras más corta sea ésta, mayor será la dispersión. Moléculas de gas con tamaños relativamente pequeño comparadas con la longitud de onda causan que la radiación incidente se disperse en todas las direcciones, hacia adelante y hacia atrás, este fenómeno es conocido como dispersión de Rayleigh. Aerosoles cuyos tamaños son comparables o exceden a las longitudes de onda de la radiación incidente, hacen que ésta no se disperse en todas las direcciones de manera igual, sino que mayormente hacia adelante, fenómeno llamado dispersión de Mie.

El proceso de la dispersión explica por qué un área con sombra o un lugar sin luz solar está iluminada: ella recibe la radiación difusa, la cual parece venir desde toda la bóveda celeste.

Los gases de la atmósfera dispersan más efectivamente las longitudes de onda más cortas(violeta y azul) que las longitudes de onda más largas (naranja y rojo), lo que se aprecia en la siguiente figura:

dispersion_luz_solar_atmosfera

 

La dispersión de Rayleigh explica el color azul del cielo durante el día y los tonos rojizos del amanecer y atardecer. La dispersión de Rayleigh es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda λ, lo cual significa que la longitud de onda más corta de la luz azul se dispersará más que las longitudes de onda más largas de la luz amarilla y roja, lo cual da al cielo su apariencia azul. Por el contrario, cuando se observa el Sol directamente, lo que se aprecia son los colores que no fueron dispersados, siendo ellos los asociados a las longitudes de onda como las del amarillo y rojo. A su vez, cuando el Sol está cerca del horizonte, el rayo de luz debe recorrer un volumen de aire mucho mayor al que recorre cuando el Sol se encuentra lejos del horizonte, haciendo que casi toda la luz azul sea dispersada antes de llegar al observador. Es por eso que la luz reflejada por las nubes o la difundida por las capas brumosas hacia el observador aparece rojiza durante atardeceres y amaneceres.

En la siguiente figura se aprecia el comportamiento típico de la absorción provocada por la atmósfera.

comportamiento_tipico_absorcion_por_la_atmosfera


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