Celle fotovoltaiche: cosa sono e come funzionano
Le celle fotovoltaiche sono alla base del funzionamento dei pannelli solari, ecco come sono fatte e come funzionano.
Fonte immagine: Solar Panel / Shutterstock
Le celle fotovoltaiche hanno raggiunto un elevato grado di notorietà negli ultimi anni. La sempre maggiore diffusione dell’energia solare ha portato questi piccoli concentrati di tecnologia e i pannelli con essi realizzati al centro di numerose pubblicazioni scientifiche, ma anche di conflitti economici internazionali (es. la battaglia anti-dumping delle aziende europee e statunitensi contro le produzioni cinesi).
Grazie alle celle fotovoltaiche è possibile produrre energia rinnovabile, il cui pieno sfruttamento permetterebbe, secondo i suoi estimatori, di affrancare l’umanità dall’impiego delle fonti fossili (ritenute nocive per la salute dell’uomo e dell’ambiente).
Cosa sono
Le celle fotovoltaiche sono piccoli nuclei utilizzati per comporre i più grandi pannelli solari. Ogni singola cella è solitamente quadrata, delle dimensioni di circa 125mm per ciascun lato. Lo spessore adottato per il fotovoltaico tradizionale o a “wafer” è compreso tra gli 0,25 e gli 0,35 millimetri e il materiale maggiormente utilizzato finora per la loro realizzazione è il silicio. Negli ultimi anni diversi studi puntano a modificarne la composizione, sfruttando elementi sempre più al centro di interesse come il grafene o il tellururo di cadmio (celle CdTe).
Alcune importanti variazioni nella struttura delle celle fotovoltaiche sono state introdotte, soprattutto per quanto riguarda i materiali utilizzati (perlopiù silicio amorfo, tellururo di cadmio o diseleniuro di rame e di indio) e le dimensioni, con l’avvento del fotovoltaico a film sottile.
La struttura delle celle fotovoltaiche “classiche” si basa su due strati, N e P, caricati rispettivamente in maniera negativa e positiva. A formare il circuito vi sono due strati formati da biossido di silicio e alluminio, mentre a favorire l’assorbimento della luce solare è deputata la superficie anti-riflettente.
Come funzionano
Il funzionamento delle celle fotovoltaiche può essere riassunto a livello essenziale nell’assorbimento, da parte della struttura, di un fotone. Quest’ultimo rilascerà un elettrone, una volta entrato a contatto con lo strato P, che a sua volta verrà convogliato verso il circuito dando vita all’energia elettrica.
Alla base del funzionamento delle celle vi è l’effetto fotovoltaico, che si realizza in corrispondenza del passaggio, causato dall’assorbimento da parte della struttura di un fotone, di un elettrone dalla banda di valenza di un semiconduttore alla banda di conduzione. Due le cariche elettriche generate durante il processo: una negativa (l’elettrone) e una positiva, detta anche “lacuna”.
La presenza degli strati N e P si rende necessaria per garantire la generazione di una corrente elettrica, per la quale è necessaria una differenza di potenziale. Ciò avviene attraverso il “drogaggio” dei due strati di silicio, ovvero l’introduzione di alcune “impurità”: si tratta di atomi di fosforo nel caso dello strato “N” e di atomi di boro per quello “P”.
