Il termine fotovoltaico è composto dalla parola greca phos (=luce) e Volt (=unitá di
misura della tensione elettrica). Si tratta dunque della trasformazione di luce in energia
elettrica.
Sebbene l’effetto fotovoltaico venne scoperto già nel 1839, le prime applicazioni pratiche
nacquero solo negli anni cinquanta. Già dalla fine degli anni ‘50 il fotovoltaico forniva
elettricità ai satelliti americani e sovietici.
Il principio
Il funzionamento dei dispositivi fotovoltaici si basa sulla capacità di
alcuni materiali semiconduttori, opportunamente trattati, di convertire l'energia della
radiazione solare in energia elettrica in corrente continua senza bisogno di parti meccaniche
in movimento. Il materiale semiconduttore quasi universalmente impiegato oggi a tale scopo è il
silicio.
La conversione da luce a energia elettrica effettuata dalla cella fotovoltaica avviene
attraverso dei portatori di carica liberi, generati dalla luce, che sono spinti in direzioni
opposte dal campo elettrico incorporato. Una volta attraversato il campo, gli elettroni liberi non
tornano più indietro, perché il campo, agendo come un diodo, impedisce loro di invertire la marcia.
Quando la luce incide sulla cella fotovoltaica, le cariche positive sono spinte in numero
crescente verso la parte superiore della cella e le cariche negative verso quella inferiore, o
viceversa, a seconda del tipo di cella. Se la parte inferiore e quella superiore sono collegate da
un conduttore, le cariche libere lo attraversano e si osserva una corrente elettrica.
Fino a quando la cella resta esposta alla luce, l'elettricità fluisce con regolarità sotto
forma di corrente continua.
(Schema effetto fotovoltaico)
L’insieme delle celle, collegate tra di loro, vanno a formare il modulo fotovoltaico così da
ottenere valori di tensione e corrente adatti ai comuni impieghi. Nel modulo le celle sono protette
dagli agenti atmosferici da un vetro sul lato frontale e da materiali isolanti e plastici sul lato
posteriore.
Moduli cristallini
Silicio monocristallino, in cui ogni cella è realizzata a partire da un wafer la cui
struttura cristallina è omogenea (monocristallo), opportunamente drogato in modo da realizzare una
giunzione p-n;
Silicio policristallino, in cui il wafer di cui sopra non è strutturalmente omogeneo ma
organizzato in grani localmente ordinati.
Moduli a film sottile
Silicio amorfo, in cui gli atomi silicei vengono deposti chimicamente in forma amorfa,
ovvero strutturalmente disorganizzata, sulla superficie di sostegno. Questa tecnologia impiega
quantità molto esigue di silicio (spessori dell'ordine del micron). I moduli in silicio amorfo
mostrano in genere una efficienza meno costante delle altre tecnologie rispetto ai valori nominali,
pur avendo garanzie in linea con il mercato. Il dato più interessante riguarda l'EROEI, che
fornisce valori molto alti (in alcuni casi arrivano anche a 9), il che attesta l'economicità di
questa tecnologia.
Tellururo di cadmio (CdTe)
Solfuro di cadmio (CdS) microcristallino, che presenta costi di produzione molto bassi in
quanto la tecnologia impiegata per la sua produzione non richiede il raggiungimento delle
temperature elevatissime necessarie invece alla fusione e purificazione del silicio. Esso viene
applicato ad un supporto metallico per spray-coating, cioè viene letteralmente spruzzato come una
vernice. Tra gli svantaggi legati alla produzione di questo genere di celle fotovoltaiche vi è la
tossicità del cadmio ed il basso rendimento del dispositivo.
Arseniuro di gallio (GaAs), una lega binaria con proprietà semiconduttive, in grado di
assicurare rendimenti elevatissimi, dovuti alla proprietà di avere un gap diretto (a differenza del
silicio). Viene impiegata soprattutto per applicazioni militari o scientifiche avanzate (come
missioni automatizzate di esplorazione planetaria o fotorivelatori particolarmente sensibili).
Tuttavia il costo proibitivo del materiale monocristallino a partire dal quale sono realizzate le
celle, lo ha destinato ad un impiego di nicchia.
Diseleniuro di indio rame (CIS), con opacità variabile dal 100% al 70% ottenuta mediante
fori ricavati direttamente nel film.
Diseleniuro di indio rame gallio (CIGS)
