cella solare
cella solare
Dispositivo in grado di convertire l’energia solare in energia elettrica sfruttando l’effetto fotovoltaico. I fotoni incidenti sulla superficie di un semiconduttore in cui è presente una giunzione p-n eccitano un elettrone dalla banda di valenza a quella di conduzione lasciando una lacuna elettronica. La coppia elettrone libero-lacuna si separa in corrispondenza della giunzione per effetto del campo elettrico, che guida gli elettroni nella regione n e le lacune nella regione p. L’efficienza delle celle fotovoltaiche è pertanto determinata dalla capacità degli elettroni di sfuggire dalla regione p prima di ricombinarsi con le cavità. L’energia della radiazione viene convertita in energia elettrica e l’intensità della corrente che fluisce nel circuito risulta espressa dalla differenza tra la velocità di formazione delle coppie elettrone-lacuna e quella della loro ricombinazione attraverso processi non radiativi e radiativi. Il materiale più usato per la costruzione delle celle fotovoltaiche è il silicio policristallino con purezza molto elevata, anche se si sta diffondendo l’uso di celle a silicio amorfo con moduli costituiti da film sottili. Esse vengono preparate per deposizione del materiale solido mediante scariche elettriche da miscele di idrogeno e silano (SiH4), ,entrambi gassosi. La presenza di una sola giunzione limita severamente il rendimento di una cella fotovoltaica perché una parte dell’energia delle radiazioni contribuisce ad aumentare le vibrazioni del cristallo disperdendosi quindi in calore. Per limitare questi processi si possono costruire celle a materiali multipli meno trasparenti del silicio e quindi in grado di assorbire una maggiore quantità di energia, aventi un gap energetico calibrato sulle regioni più intense dello spettro solare. La prima cella fotovoltaica fu realizzata all’inizio degli anni Cinquanta del XX sec. presso i laboratori della Bell Telephon, sfruttando un effetto scoperto da Antoine Henri Becquerel nel 1839 e rimasto a lungo una pura curiosità scientifica. Le prime applicazioni riguardarono il settore spaziale, nel quale il costo dell’energia aveva un’incidenza modesta. Con la crisi energetica del 1973 iniziarono le prime applicazioni terrestri che hanno promosso programmi di ricerca intesi a diminuire il costo di produzione dell’energia elettrica da fonte solare, con l’intento di renderla competitiva con quella ottenuta dai combustibili fossili.
→ Silicio