Celdas fotoconductivas

I.- FUNDAMENTO TEORICO

CELDAS FOTOCONDUCTIVAS

La celda fotoconductiva es un dispositivo semiconductor de dos terminales cuya resistencia terminal variará (linealmente) con la intensidad de la luz incidente. Por razones obvias, con frecuencia se llama dispositivo fotorresistivo.

celdas fotoconductivas

Entre los materiales fotoconductivos que se utilizan más a menudo se encuentran el sulfuro de cadmio (CdS) y el selenuro de cadmio (CdSe). La respuesta espectral máxima del CdS ocurre a aproximadamente 5100 Å y para el CdSe de 6150 Å. El tiempo de respuesta de las unidades de CdS es de alrededor de 100 mS y de 10 mS para las celdas de CdSe. La celda fotoconductiva no tiene una unión como la del fotodiodo. Una capa delgada de material conectada entre los terminales simplemente se expone a la energía luminosa incidente.

celdas fotoconductivas

Cuando aumenta la intensidad de la iluminación sobre el dispositivo, se incrementa también el estado de energía de un gran número de electrones en la estructura debido al aumento de disponibilidad de los paquetes de fotones de energía. El resultado es un número mayor de electrones relativamente “libres” en la estructura y una disminución de la resistencia del terminal. La curva de sensibilidad para un dispositivo fotoconductivo típico aparece en la Fig. 2. Nótese de la linealidad (cuando se grafica empleando una escala log–log) para el cambio indicado de iluminación.

CELDAS SOLARES

celdas fotoconductivas

La construcción básica de una celda solar de unión p-n de silicio se presenta en la Fig. 3. Como se muestra en vista superior, se hace todo tipo de esfuerzos para asegurar que el área superficial perpendicular al sol sea máxima. Además nótese que la capa metálica conectada al material tipo p y el grosor de este mismo son tales que aseguran que un número máximo de fotones de energía luminosa alcancen la unión. Un fotón de energía luminosa en esta región puede chocar con un electrón de valencia e impartir suficiente energía para que abandone el átomo padre. El resultado es una generación de electrones libres y huecos. Este fenómeno ocurrirá a cada lado de la unión. En el material tipo p los nuevos electrones generados son portadores minoritarios y se moverán con bastante libertad a través de la unión, como en el caso de la unión p-n básica sin polarización aplicada. Un argumento similar se cumple para los huecos generados en el material tipo n. El resultado es un aumento en el flujo de portadores minoritarios, cuya dirección es opuesta a la de la corriente directa convencional de una unión p-n.

El selenio y el silicio son los materiales que más se usan en las celdas solares, aunque también se emplean, entre otros, el arseniuro de galio, el arseniuro de indio y el sulfuro de cadmio. La longitud de onda incidente afectará la respuesta de la unión p-n ante los fotones incidentes.

II.- EQUIPO Y MATERIALES

  • Una fotoresistencia
  • Una fotocelda
  • Un termistor
  • Un reflector
  • Una regla graduada de 1 m
  • Un multitester Analógico y digital
  • 1 termómetro
  • Agua y hielo

III.- PROCEDIMIENTO

A.- CON LA FOTORESISTENCIA

Para cada distancia se mide el valor de la resistencia en el multitester y estos valores se apuntan en la tabla siguiente:

Distancia en c.m Resistencia en Ohmios
85 2200
80 2000
75 1500
70 1300
65 1250
60 1200
55 1100
50 900
45 800
40 650
35 550
30 480
25 350
20 320

B.- PARA LA FOTOCELDA

Para cada distancia se mide el valor de la corriente en el multitester y estos valores se apuntan en la tabla siguiente:

Distancia en c.m Corriente en mA
85 0.3
80 0.4
75 0.5
70 0.7
65 0.8
60 0.9
55 0.95
50 0.98
45 1.4
40 1.5
35 1.7
30 2
25 2.2

C.- PARA EL TERMISTOR

Para cada grado 3º C se mide el valor de la resistencia en el multitester y estos valores se apuntan en la tabla siguiente:

Temperatura en ºC Resistencia en Ohmios
1 245
4 233
7 214
10 190
13 173
16 150
19 137
22 122
25 110
28 98
31 89
34 80

Tenemos la Ecuación:

celdas fotoconductivas

Luego:

ln R = ln A + (B/T)ln e

ln R = ln A + (1/T) (B ln e)

pero si Y = A’ + B’ X;

Resulta que Y = ln R

X = 1/T

Temperatura

oC

Resistencia

Ω

Xi
Yi
Xi2
XiYi
1 1 245 1 5.501258211 1 5.501258211
2 4 233 0.25 5.451038454 0.0625 1.362759613
3 7 214 0.142857143 5.365976015 0.020408163 0.766568002
4 10 190 0.1 5.247024072 0.01 0.524702407
5 13 173 0.076923077 5.153291594 0.00591716 0.396407046
6 16 150 0.0625 5.010635294 0.00390625 0.313164706
7 19 137 0.052631579 4.919980926 0.002770083 0.258946365
8 22 122 0.045454545 4.804021045 0.002066116 0.218364593
9 25 110 0.04 4.700480366 0.0016 0.188019215
10 28 98 0.035714286 4.584967479 0.00127551 0.163748839
11 31 89 0.032258065 4.48863637 0.001040583 0.144794722
12 34 80 0.029411765 4.382026635 0.000865052 0.128883136
Σ     1.8677505 59.609336 1.1123489 9.9676169

El valor de A’ esta dado por:

celdas fotoconductivas

Reemplazando resulta:

A’ = 4.837

El valor de B’ esta dado por:

celdas fotoconductivas

Reemplazando resulta:

B’ = 0.839

celdas fotoconductivas

Φ = 9.859

Entonces :

Y = 4.837 + 0.839 X

A’ = ln A

A = e A’

A = e4.837

A = 126

B’= B ln e

B = B’/lne

B = 0.839/1

B = 0.839

IV.- CONCLUSIONES

  • En la fotoresistencia, al disminuir la distancia de la lámpara hasta el dispositivo fotoresistivo disminuye la resistencia.
  • En la fotocelda, al disminuir la distancia de la lámpara hasta el dispositivo fotovoltaico aumenta la corriente.
  • Para el termistor, al aumentar la temperatura disminuye la resistencia.
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