Cos'è cella fotovoltaica?

Cella Fotovoltaica: Un'Introduzione

Una cella fotovoltaica, anche chiamata cella solare, è un dispositivo a semiconduttore che converte direttamente l'energia luminosa in energia elettrica attraverso il fenomeno fotovoltaico.

Come Funziona:

Il funzionamento di una cella fotovoltaica si basa sull'effetto fotovoltaico. Quando la luce (fotoni) colpisce il materiale semiconduttore (solitamente silicio), gli elettroni vengono eccitati e si liberano dai loro atomi. Questo crea coppie elettrone-lacuna. Un campo elettrico interno alla cella, creato mediante drogaggio del semiconduttore con impurità diverse (tipo N e tipo P), separa queste coppie, generando una differenza di potenziale e quindi una corrente elettrica.

Materiali:

• Il materiale più comune è il silicio (Si), in forma cristallina (monocristallino o policristallino) o amorfa.
• Altri materiali utilizzati includono il tellururo di cadmio (CdTe), il solfuro di rame indio gallio (CIGS) e il perovskite.

Tipi di Celle Solari:

• Celle al Silicio Cristallino:
  • Monocristallino: Alta efficienza, costo più elevato.
  • Policristallino: Efficienza leggermente inferiore, costo inferiore.
• Celle a Film Sottile:
  • Tellururo di Cadmio (CdTe): Costo inferiore, efficienza variabile.
  • CIGS: Buona efficienza, flessibilità.
  • Silicio amorfo (a-Si): Basso costo, efficienza inferiore, utilizzato in applicazioni specifiche (calcolatrici, orologi).
• Celle di Nuova Generazione:
  • Perovskite: Alta efficienza potenziale, ricerca e sviluppo in corso.
  • Celle organiche: Flessibili, basso costo potenziale, efficienza ancora limitata.

Efficienza:

L'efficienza di una cella fotovoltaica è la percentuale di energia solare incidente che viene convertita in energia elettrica. Le celle al silicio cristallino hanno in genere un'efficienza compresa tra il 15% e il 25%, mentre le celle a film sottile hanno un'efficienza inferiore, tipicamente tra il 10% e il 20%. Le celle di nuova generazione, come quelle a perovskite, mostrano efficienze promettenti, superiori al 25% in laboratorio.

Applicazioni:

Le celle fotovoltaiche sono utilizzate in una vasta gamma di applicazioni, tra cui:

• Pannelli solari per la produzione di energia elettrica in ambito residenziale, commerciale e industriale.
• Centrali solari fotovoltaiche su larga scala.
• Calcolatrici, orologi e altri dispositivi portatili.
• Satelliti e veicoli spaziali.
• Illuminazione stradale solare.
• Pompe solari per l'irrigazione.

Vantaggi:

• Energia rinnovabile e sostenibile.
• Basse emissioni di gas serra.
• Riduzione della dipendenza dai combustibili fossili.
• Bassi costi operativi.

Svantaggi:

• Costo iniziale elevato (anche se in calo).
• Dipendenza dalle condizioni meteorologiche.
• Necessità di accumulo dell'energia prodotta (batterie).
• Impatto ambientale della produzione e dello smaltimento.

Ricerca e Sviluppo:

La ricerca e lo sviluppo nel campo delle celle fotovoltaiche si concentrano su:

• Miglioramento dell'efficienza.
• Riduzione dei costi.
• Sviluppo di nuovi materiali e tecnologie.
• Aumento della durata e dell'affidabilità.
• Sviluppo di celle flessibili e leggere.