Cenni sul fenomeno fisico alla base della tecnologia fotovoltaica

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Nel 1839 il fisico Edmond Bequerel sperimento' per la prima volta la possibilita' di conversione diretta della radiazione luminosa in energia elettrica, verificando come l' intensita' della corrente in una cella elettrolitica con elettrodi in platino aumentasse con l' esposizione diretta al sole. La potenzialita' di questa scoperta rimasero sottovalutate fino agli studi di Hertz, che nel 1887 progetto' un dispositivo che riproduceva lo stesso effetto della conduzione.
Le proprieta' osservate in questi studi sono di particolare rilevanza per i materiali semiconduttori, soprattutto per il silicio. Allo stato non eccitato, il silicio non e' conduttore perche' i suoi quattro piu' esterni sono vincolati. Quando questi elettroni ricevono una certa quantita' di energia, come ad esempio quella dei fotoni della radiazione solare, essi sono in grado di abbandonare la banda di valenza e di passare alla banda di conduzione. L' elettrone quindi si muove all' interno del cristallo, lasciando un vuoto tra gli elettroni piu' esterni dell' atomo di silicio, detto "lacuna". Il continuo susseguirsi di questi passaggi forma una corrente elettrica disordinata di entita' trascurabile.
Se si induce con una differenza di potenziale un campo elettrico nel materiale capace di attivare questi movimenti, si possono ottenere correnti elettriche stabili, di piccola entita'. Un effetto piu' significativo puo' essere ottenuto trattando gli strati di silicio con altri elementi chimici, come il fosforo o il boro, in grado di accentuare la differenza di potenziale, e conseguentemente di produrre una corrente elettrica stabile piu' elevata.
L' effetto fotovoltaico (ovvero l' instaurarsi di una corrente continua costante) si verifica quando un dispositivo formato da due strati congiunti e sovrapposti, costituiti da silicio drogato con atomi di fosforo (regione N a carica negativa) e da silicio drogato con atomi di boro (regione P a carica positiva), viene esposta direttamente all' incidenza dei fotoni di cui e' formata la luce. La corrente si determina in corrispondenza dell' area di giunzione, ed e' tanto maggiore quanto maggiore e' l' incidenza.

Testo tratto da Tecnologie solari attive e passive di Anna Magrini e Daniela Ena EPC Libri.

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