Celle fotovoltaiche

Costruzione della cella fotovoltaica

Il materiale conduttore privilegiato, alla base della cella fotovoltaica, è il silicio. Esso viene ridotto in una lastra sottile larga circa 125 x 125 mm e spessa 0,25 e 0,35 mm. La cella è composta da due lastre collegate ad un utilizzatore collocato tra esse, da cui la definizione di wafer fotovoltaico.

Il materiale conduttore della cella, per poter generare energia fotovoltaica, necessita di alcuni trattamenti preliminari. Si comincia dalla pulizia per poi proseguire col drogaggio, un particolare trattamento chimico che vede l'inserimento, tra i cristalli di silicio, di atomi di altri elementi quali il boro e il fosforo. E' proprio la presenza di questi atomi che consente di generare il campo elettrico durante l’esposizione della cella alla luce solare.

Successivamente al drogaggio viene applicato un sottile strato antiriflesso di biossido di titanio, quindi si realizzano i contatti elettrici anteriori e posteriori.

Infine la cella viene testata e classificata a seconda delle specifiche caratteristiche elettriche. La classificazione consente di realizzare moduli fotovoltaici composti da celle omogenee, determinanti per la qualità della prestazione.

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La conversione in luce dell’elettricità o effetto fotovoltaico

conversione in luce Nella cella l’energia viene prodotta già dal primo momento di esposizione alla luce solare. I fotoni, prodotti dalle radiazioni, vengono assorbiti dagli elettroni degli atomi presenti nella cella fotovoltaica, dando luogo ad un movimento di elettroni che inducono un flusso di corrente elettrica.

Il tipo di materiale che compone la cella determina la percentuale di energia catturata dalle radiazioni solari e la conseguente trasformazione in elettricità. Questo valore percentuale è chiamato Efficienza di Conversione e costituisce un' importante coefficiente tecnico di riferimento per stabilire la qualità dell’impianto solare.

Il silicio viene prescelto tra i materiali conduttori proprio in virtù di questo coefficiente che oscilla, allo stato naturale, tra il 13 ed il 20% mentre, prodotto in laboratorio, può raggiungere anche il 32 %.

La potenza generata dalla cella varia invece in base a tre variabili principali che sono: la dimensione della cella, la forza ed intensità della radiazione solare e la temperatura raggiunta.

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Wafer mono e multi cristallo, silicio amorfo

Le celle fotovoltaiche si differenziano in base a come vengono formate le lastre di silicio.

Il wafer monocristallo è composto da due lastre prodotte cristallizzando una piccolissima parte di materiale, molto puro, dentro del silicio liquido. Il materiale, così cristallizzato, viene successivamente estratto e raffreddato lentamente fino ad ottenere un lingotto cilindrico di monocristallo lungo circa 200 cm, con un diametro tra 13 ed i 30 cm. Il lingotto subisce quindi il trattamento di drogaggio, con l’aggiunta di boro, per poi essere ridotto in lastre sottilissime.

Il wafer multi cristallo, invece, si produce fondendo, e successivamente cristallizzando, il silicio proveniente dagli scarti dell’industria elettronica. Il silicio fuso e cristallizzato viene raccolto in un panetto rettangolare da tagliare successivamente in lastre sottili. Il wafer multi cristallo gode di ottima efficienza di conversione ed è reperibile a costi inferiori rispetto al monocristallo.

Molte aziende producono moduli fotovoltaici utilizzando deposizioni di silicio non cristallizzato, ma amorfo, su ampie superfici, quindi in questo caso non si può parlare di celle fotovoltaiche. Questa tipologia di moduli non è considerata molto stabile nel tempo, motivo per cui viene utilizzata soprattutto per alimentare piccoli utilizzatori, quali piccole calcolatrici e orologi. Attualmente si sta sperimentando una tecnologia che utilizza più strati di silicio amorfo che potrebbe consentire di superare questi limiti di stabilità.

Celle fotovoltaiche: Celle organiche, e ibride

Le celle fotovoltaiche si distinguono anche in organiche e ibride. Le prime utilizzano materiali organici per quanto riguarda la parte attiva dei dispositivi. Le celle fotovoltaiche ibride sono invece così chiamate in quanto costituite sia da materiali organici, che hanno la funzione di assorbire i fotoni delle radiazioni solari, che da materiali inorganici che accettano e trasportano gli elettroni. Il rendimento di produzione elettrica delle celle ibride è piuttosto alto ed ha costi di produzione molto convenienti.