Voltaje de circuito abierto

La tensión en circuito abierto, V_OC, es la tensión máxima disponible de una célula solar, y esto se produce a corriente cero. La tensión en circuito abierto corresponde a la cantidad de polarización directa sobre la célula solar debido a la polarización de la unión de células solares con la corriente generada por la luz. La tensión en circuito abierto se muestra en la curva IV siguiente.

curva IV de una célula solar que muestra el voltaje de circuito abierto

An equation for V_oc is found by setting the net current equal to zero in the solar cell equation to give:

La ecuación anterior muestra que V_oc depende de la corriente de saturación de la célula solar y la corriente generada a la luz. Mientras I_sc normalmente tiene una pequeña variación, el efecto fundamental es la corriente de saturación, ya que esto puede variar en varios órdenes de magnitud. La corriente de saturación, I₀ depende de la recombinación en la célula solar. Tensión de circuito abierto es entonces una medida de la cantidad de la recombinación en el dispositivo. Las células solares de silicio monocristalino de material de alta calidad tienen voltajes de circuito abierto de hasta 730 mV bajo condiciones de sol y uno AM1.5, mientras que los dispositivos comerciales de silicio multicristalino normalmente tienen voltajes de circuito abierto alrededor de 600 mV.

El V_OC tambien se puede determinar a partir de la concentraccion de los portadores 1:

dónce kT/q es la tensión térmica, N_Aes la concentración de dopaje, Δn es la concentración de portadores en exceso y n_i es la concentración de portadores intrínsecos. La determinación de V_OC de la concentración de portadores también se denomina V_OC.

Voc como función de la banda prohibida, E_G

Si la corriente de cortocircuito  (I_SC) disminuye al aumentar la banda prohibida, el voltaje de circuito abierto aumenta a medida que la banda prohibida aumenta. En un dispositivo ideal el V_OC está limitado por la recombinación radiativa y el análisis utiliza el principio del balance detallado para determinar el valor mínimo posible para J₀.

El valor mínimo de la corriente de saturación del diodo está dado por 2:

,

donde q es la carga electrónica, σ es la constante de Stefan-Boltzman, k es la constante de Boltmann, T es la temperatura y

La evaluación de la integral en la ecuación anterior es bastante compleja. En el gráfico siguiente se utiliza el método descrito en 3 

La saturación de la corriente del diodo en función de la banda prohibida. Los valores se determinan a partir del balance detallado y coloca un límite al voltaje de circuito abierto de una célula solar.

The J₀ calculado anteriormente puede ser substituido directamente a la ecuación de células solares dado en la parte superior de la página para determinar la V_OC siempre y cuando la tensión sea menor que la banda prohibida, como en el caso bajo la iluminación de un sol.

V_OC en función de la banda prohibida para una célula con AM 0 y AM 1.5. V_OC aumenta con la banda prohibida mientras la corriente de recombinación decae. Hay una caída deV_{OCpara banda prohibidas de alta energía debido a la baja} I_SC.

• 1. R. A. Sinton y Cuevas, A., «Contactless determination of current–voltage characteristics and minority-carrier lifetimes in semiconductors from quasi-steady-state photoconductance data», Applied Physics Letters, vol. 69, pp. 2510-2512, 1996.
• 2. P. Baruch, De Vos, A., Landsberg, P. T., y Parrott, J. E., «On some thermodynamic aspects of photovoltaic solar energy conversion», Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 36, pp. 201-222, 1995.
• 3. M. Y. Levy y Honsberg, C. B., «Rapid and precise calculations of energy and particle flux for detailed-balance photovoltaic applications», Solid-State Electronics, vol. 50, pp. 1400-1405, 2006.