Le celle solari fotovoltaiche sono sottili dischi di silicio che convertono la luce solare in elettricità. Questi dischi fungono da fonti di energia per un’ampia varietà di usi, tra cui: calcolatrici e altri piccoli dispositivi; telecomunicazioni; pannelli del tetto su singole case; possono essere usate inoltre per illuminazione, refrigerazione medica per villaggi nei paesi in via di sviluppo. Le celle solari sotto forma di grandi matrici vengono utilizzate per alimentare i satelliti e, in casi rari, per fornire elettricità alle centrali elettriche.

Già nel 1905 si era arrivati a scoprire il funzionamento del fotovoltaico, ma è nel 1954 che viene prodotta la prima cella fotovoltaica con rendimento del 4% . Nel corso degli anni il perfezionamento ha portato ad ottenere un rendimento attuale del 15-20%.

Come detto il componente di base di una cella solare è il silicio puro, che non è puro nel suo stato naturale.

Per fabbricare le celle solari, le materie prime (biossido di silicio o ghiaia di quarzite o quarzo frantumato) vengono prima collocate in un forno elettrico ad arco, dove viene applicato un arco di carbonio per rilasciare l’ossigeno. I prodotti sono anidride carbonica e silicio fuso. A questo punto, il silicio non è ancora abbastanza puro da essere usato per le celle solari e richiede un’ulteriore purificazione.

Il silicio puro deriva da tali diossidi di silicio come la ghiaia di quarzite (la silice più pura) o il quarzo frantumato. Il silicio puro risultante viene quindi drogato (trattato con) con fosforo e boro per produrre un eccesso di elettroni e una deficienza di elettroni rispettivamente per realizzare un semiconduttore capace di condurre elettricità. I dischi di silicio sono lucidi e richiedono un rivestimento antiriflesso, solitamente biossido di titanio .

Il modulo fotovoltaico completo è costituito dal semiconduttore di silicio circondato da materiale protettivo in una struttura metallica. Le parti elettroniche sono standard e consistono principalmente in rame. Il telaio è in acciaio o in alluminio.

I contatti elettrici collegano ciascuna cella solare a un’altra . I contatti devono essere molto sottili (almeno nella parte anteriore) in modo da non bloccare la luce solare verso la cella.

Poiché il silicio puro è lucido, può riflettere fino al 35 percento della luce solare. Per ridurre la quantità di luce solare persa, viene applicato un rivestimento antiriflesso sul wafer di silicio. I rivestimenti più comunemente usati sono il biossido di titanio e l’ossido di silicio, sebbene altri vengano utilizzati.

Il materiale utilizzato per il rivestimento è riscaldato fino a quando le sue molecole si riflettono e viaggiano verso il silicio e si condensano, oppure il materiale subisce lo sputtering. In questo processo, un’alta tensione colpisce le molecole dal materiale e le deposita sul silicio all’elettrodo opposto. Ancora un altro metodo è quello di consentire al silicio stesso di reagire con gas contenenti ossigeno o azoto per formare biossido di silicio o nitruro di silicio. I produttori di celle solari commerciali utilizzano il nitruro di silicio.

Le celle sono poi incapsulate in etilene vinil acetato e poste in una struttura metallica che ha un foglio posteriore in mylar e una copertura di vetro.

Se volete conoscere la produzione di Energia di un impianto potete leggere l’articolo pubblicato ieri: Quanto produce un impianto fotovoltaico in Italia.