Las cintas están conectadas de forma alternada, y se deposita una delgada capa de sustan- cia fotoconductora sobre la película metálica, lo cual forma un puente encima de las líneas di- visoras entre las cintas. Luego, el montaje obtenido se encierra dentro de una ampolla de vidrio al vacío, y las conexiones se unen a las puntas terminales adheridas a la base.
Las células fotoconductoras desempeñan un papel importante en la televisión. Se utilizan en los fotómetros cuando se requiere mayor sensibilidad o potencia. También se emplean co- mo pilas. Las células fotoconductoras están compuestas por sulfuro de cadmio o seleniuro de cadmio. Asimismo, este tipo de células sirve para espectroscopia registradora de alta veloci- dad, así como en la detección de la radiación infrarroja.
Cuando un detector “percibe” humo (es decir, cuando la luz que entra a él está levemente oscurecida) acciona una alarma (figura 2.2).
FIGURA 2.2
Detector de humo por batería
Fuente de luz
Batería
Células fotovoltaicas
Estas células constan de dos electrodos separados por una delgada capa de semiconductor. Por ejemplo, en uno de los tipos más comunes, el primer electrodo es de cobre oxidado. El se- miconductor es una capa de selenio azufrado y el segundo electrodo es una capa de oro o de platino lo bastante tenue para que sea transparente y deje pasar la luz. Al ser iluminada, la célula produce una corriente eléctrica suficiente para que el dispositivo sirva de exposímetro o luxmetro. Otro modelo de uso frecuente es la pila solar, la cual está compuesta de plaquitas de silicio cubiertas por una finísima capa de impurezas. Millares de plaquitas semejantes están acopladas para producir la energía eléctrica que consumen los satélites y otros inge- nios espaciales para hacer funcionar los instrumentos de abordo, en especial los aparatos emi- sores de radio.
Estas pilas resultan de gran utilidad en las regiones cálidas que son pobres en energía eléc- trica, pues funcionan de manera gratuita, son durables y llegan a producir hasta 110 watts por metro cuadrado. Su aprovechamiento a gran escala en las regiones templadas tropieza con grandes inconvenientes; por ejemplo, su costo, su escaso rendimiento y su duración limitada hacen que la energía generada no permita amortizar las inversiones. De esta manera, no es po- sible acumular la energía eléctrica obtenida durante el día para utilizarla en la noche. El poco rendimiento por unidad de superficie impone el recurso a extensas áreas de panales, y para reemplazar a un solo reactor de una central nuclear se requeriría talar y cubrir con células fo- tovoltaicas una extensión de nada menos que 60 km2.
Las celdas fotovoltaicas más comunes son las siguientes:
1. Celda fotovoltaica de selenio. Por las propiedades del selenio, es particularmente sensi- ble a la gama de la luz visible (400 a 700 milimicras). En su estructura destaca la super- ficie fotosensitiva hecha a base de selenio, de la que, a la vez, se deriva la terminal negativa del dispositivo, para lo cual se suele emplear una tira colectora de plata para el contacto eléctrico. La parte posterior de la celda representa la terminal positiva; en ésta, algunas veces se utiliza una tira de aluminio a la que se le incorpora una capa metálica de plata para formar la otra terminal del dispositivo.
2. La celda fotovoltaica de silicio. Debido a las propiedades del silicio esta celda es par- ticularmente sensible dentro de la gama infrarroja. En su estructura básica destaca la superficie fotosensitiva hecha a base de silicio, de cuya capa, y por medio de una pe- queña tira colectora de plata, se deriva la terminal positiva de la celda. La parte poste- rior de la celda, que representa la terminal negativa, es un electrodo formado de níquel y estaño.
3. Celda solar. Aun cuando los dos tipos de celdas fotovoltaicas antes mencionados son equivalentes a una celda solar, con este nombre se conoce a las celdas que desarrollan un relativo alto potencial al ser expuestas a la luz del Sol.
Una típica celda solar por lo común es del tipo de silicio, en cuya estructura básica destacan capas de silicio N y silicio P. Como un dato de referencia, las características aproximadas de ca- da celda fotovoltaica en relación con una intensidad dada de luz son las siguientes:
Celda fotovoltaica de selenio 0.4 V a 500 microamperes Celda fotovoltaica de silicio 1 V a 20 miliamperes Celda solar de silicio 6 V a 250 miliamperes
FIGURA 2.3
Aspecto físico y simbología de las celdas fotovoltaicas
Estas células son ampliamente utilizadas para detectar y medir la intensidad de la luz en los fotómetros. También se emplean en los sistemas de relés aplicados en la automatización. Asi- mismo, su uso está cobrando cada vez mayor vigencia en la forma de acumuladores solares, los cuales están compuestos por miles de células solares.
Al principio, los acumuladores solares se usaban en pequeña escala para suministrar ener- gía a los amplificadores telefónicos o repetidores. Sin embargo, está comprobado que son in- dispensables en los programas de exploración espacial. Algunas de las astronaves donde se han instalado acumuladores solares son tiros, satélites meteorológicos; los satélites de comu- nicación tecnológica (CTS); el cohete lunar que se utilizó para investigar la superficie lunar; la nave Viking que se empleó en el estudio de Marte; el observatorio astronómico satélite (OAO), y las naves de observación solar Helios. Los acumuladores solares también se usan para cargar pilas de níquel-cadmio, las cuales suministran energía a los circuitos electrónicos de los vehículos espaciales.
La representación simbólica ( ) y el aspecto físico de las celdas fotovoltaicas se observan en la figura 2.3.
El fototransistor
El fototransistor es un dispositivo de semiconducción de tres capas, algunas veces dotado de dos terminales (emisor y colector), y en otras ocasiones de tres (emisor, base y colector), en cu- yo dispositivo la corriente de salida (lc) varía en función del flujo luminoso que se proyecta por medio de una pequeña lente de enfoque sobre una de las junturas del transistor (de preferen- cia sobre la juntura base-emisor). De acuerdo con lo anterior, es posible afirmar que en el fo- totransistor se combina la característica fotosensitiva de los semiconductores, pero con la propiedad de aplicación de un transistor. El fototransistor suele construirse a base de germa- nio o silicio en sus dos versiones típicas, es decir, PNP y NPN y tanto del tipo de punta de con- tacto como de juntura (figura 2.5).
Mecanismo básico de operaciones del fototransistor
En un circuito básico de conexiones, cuando el fototransistor no es activado por la energía radiante, se desplaza una corriente de escape denominada corriente oscura. No obstante, cuando el flujo luminoso está presente y enfocado sobre la juntura emisor-base, fluye una co- rriente de salida relativamente intensa, la cual es proporcional a la intensidad de la luz que Cuando los fotones de la luz chocan en el límite entre dos tipos de sustancias de una cé- lula fotovoltaica, el resultado es una cantidad de corriente que se mide por medio de un galvanómetro. De esta manera se indica la intensidad de la luz que produce la corriente (fi- gura 2.4).
Fuente de luz
Película metálica transparente
Capa de selenio
sensible a la luz Base de metal Galvanómetro
FIGURA 2.4