il fotovoltaico
Etimologia La termine fotovoltaico deriva dalla parola greca φως (fos) che significa luce, e dalla parola voltaico, che si riferisce al fisico italiano Alessandro Volta (1745-1827), inventore della pila elettrica, che diede successivamente nome al Volt, l unità di misura che nel S.I. esprime la differenza di potenziale (tensione).
Ecco le principali tappe della tecnologia fotovoltaica: Nel 1839 Il francese Alexandre Edmond Bécquerel nota che della corrente elettrica è generata durante alcune reazioni chimiche indotte dalla luce. Scopre così l'effetto fotogalvanico negli elettroliti liquidi. Nel 1883-84 l inventore statunitense Charles Fritts produce la prima cella solare di circa 30 cm 2 a base di selenio con efficienza di conversione circa 1%.
Nel 1905 Albert Einstein (1879-1955) pubblica la sua teoria sull effetto fotoelettrico che valse il Nobel nel 1921. Effetto fotoelettrico Emissione di elettroni da una piastra metallica investita da radiazione elettromagnetica (fotoni)
La prima cella solare di utilizzo pratico ed industrializzabile venne creata presso i Laboratori Bell nel 1954. Tale cella, basata su una giunzione PN di silicio, presentava un efficienza di conversione di circa il 6%, e si può considerare la capostipite delle celle di prima generazione tutt ora utilizzate. Uno dei suoi primi impieghi fu a bordo del satellite americano Vanguard 1, lanciato nel 1958, ed equipaggiato con celle solari della Hoffman. La prima cella commercializzata fu della Sharp, nel 1963.
Materiale Simbolo Banda proibita E g (25 C) Germanio Ge 0.67 ev Silicio cristallino Si-c 1.12 ev 1 ev = 1.6 10-19 J Silicio amorfo Diamante Si-a C 1.70 ev 5.50 ev
Effetto fotoelettrico h ν v e m e E g 1. L'energia degli elettroni uscenti è indipendente dall intensità della radiazione (luce) e dipende dalla sua frequenza (energia del fotone); 2. L intensità del flusso elettronico emesso (numero di elettroni) dipende dall'intensità della radiazione incidente. La radiazione elettromagnetica è quantizzata in fotoni: E = h ν h = costante di Planck = 6.626 10-34 J s ν = frequenza della radiazione, Hz λ = lunghezza d onda = c/ν = 300 10 6 /ν, m ½ m e v e 2 = h ν - E g
L energia solare Spettro della radiazione solare per liberare elettroni: h ν > E g Radiazione solare al di fuori dell atmosfera h c/λ λ > E g λ < h c/e g λ < 1242/E g [nm] [ev] Si-a 730 Si-c 1100 λ [ λ [nm]
E E N E E P
0 D
I D I sh I PV = I ph I D I sh 0
Evoluzione della tecnologia fotovoltaica: I generazione: silicio cristallino (mono e poli), ~150 µm - monocristallino: ottenuto da un wafer con struttura cristallina omogenea - policristallino: ottenuto da un wafer con grani localmente ordinati. II generazione: film sottile (silicio amorfo), ~1-2 µm - amorfo, atomi silicei deposti chimicamente in forma amorfa, ovvero strutturalmente disorganizzata, sulla superficie di sostegno. III generazione: multigiunzione, materiali organici, nanomat. - svariate tecnologie in rapidissimo sviluppo, maggiore svantaggio: durata. Memo cristallino 2010 costo moduli: 2-2.5 /Wp, (moduli 50% del costo totale) dati elettrici: 0.6 V/cella, 5 A/dm 2
Cella Silicio monocristallino Efficienza: 14-18% (24%) Modulo
Cella Silicio policristallino Efficienza: 12-16% (20%) Modulo
Modulo rigido Silicio amorfo (film sottile) Efficienza: 5-8% (12%) Modulo flessibile a striscia