Effetto fotovoltaico

Il termine fotovoltaico é composto dalla parola "photo"derivante dal greco "phos"= luce e “Volt” in onore dell’inventore della pila Alessandro Volta.

L’effetto fotovoltaico consiste nella conversione dell’energia solare in elettricità.

Quando una radiazione elettromagnetica investe un materiale può, in certe condizioni, cedere energia agli elettroni più esterni degli atomi del materiale e, se questa è sufficiente, l'elettrone risulta libero di allontanarsi dall'atomo di origine. L'assenza dell'elettrone viene chiamata in questo caso lacuna. L'energia minima (Energy Gap) , necessaria all'elettrone per allontanarsi dall'atomo (passare quindi dalla banda di valenza che corrisponde allo stato legato più esterno, alla banda di conduzione ove non è più legato) deve essere superiore alla banda proibita del materiale.

Quando esponiamo quindi una cella in Silicio ,opportunamente drogata in modo da formare una giunzione p-n, alla radiazione solare , i fotoni che compongono quest’ultima possono venire riflessi,assorbiti o trasmessi attraverso di essa , in relazione alla frequenza e lunghezza d’onda della radiazione stessa.

La conversione dalla radiazione solare ad energia elettrica si ha quando, parte di questi fotoni corrispondenti ad una data frequenza e lunghezza d’onda della radiazione stessa superano l’ Energy Gap della giunzione , permettendo la creazione di coppie elettrone-lacuna che influenzate dal campo elettrico della giunzione stessa danno origine ad un flusso elettronico unidirezionale.

In teoria la percentuale di energia solare che sarebbe possibile convertire in energia elettrica secondo questo “meccanismo” sfiorerebbe il 44% con il restante 56% sotto forma di calore.

In realtà le percentuali ,dei migliori pannelli fotovoltaici , attualmente in commercio si sta ora avvicinando al 20% , con eccezioni per alcuni prototipi sviluppati nel settore della ricerca che grazie all’impiego di nuovi materiali e film-sottili hanno varcato la soglia del 30%.

Le cause che concorrono in questo abbassamento della conversione energetica sono molteplici, e qui ne indichiamo alcune:

1- Non tutti fotoni incidenti sulla cella fotovoltaica vengono intercettati dall’elettrodo frontale.

2- Alcune coppie elettrone–lacuna non vengono influenzate dal campo elettrico interno alla giunzione ma si ricombinano con cariche di segno opposto.

4- Non tutti fotoni hanno energia adeguata e sufficiente per rompere il legame elettrone-nucleo permettendo la creazione di coppie elettrone-lacuna.

5- Resistenze parassite prodotte dai contatti metallici e dalla stessa cella in Silicio.