Le celle fotovoltaiche sono dispositivi che producono elettricità direttamente dalla luce solare. Molte celle fotovoltaiche messe insieme formano un pannello solare o un pannello solare. Queste cellule convertono la luce in elettricità sfruttando l’energia creata quando i fotoni della luce solare portano gli elettroni in uno stato di energia superiore, all’interno della cellula stessa. Le celle fotovoltaiche sono composte da materiali stratificati che includono due tipi di silicio, un rivestimento antiriflesso e una copertura in vetro. La tecnologia utilizzata per produrre pannelli solari continua ad avanzare e potrebbe un giorno fornire energia essenzialmente gratuita per alimentare case e aziende.
Una delle parti più importanti di una cella fotovoltaica è il materiale utilizzato come semiconduttore. Il silicio è il semiconduttore più comunemente usato, ma sono disponibili altre opzioni per alcune applicazioni, che possono essere meno costose del silicio. Quando la luce colpisce il semiconduttore, una parte dell’energia luminosa viene assorbita, provocando il rilascio di elettroni. La corrente elettrica che ne risulta è quella che può essere utilizzata come elettricità e viene raccolta dalle griglie di contatto metalliche sulla parte superiore e inferiore delle celle solari.
Il silicio di per sé non è un ottimo conduttore di elettricità. Per essere utilizzato in una cella solare, il silicio deve essere modificato, o “drogato”, con altri elementi. Fosforo e boro sono gli elementi di scelta per questo scopo. Uno strato di silicio drogato con fosforo può trarre vantaggio dal fatto che quest’ultimo elemento ha un solo elettrone nel suo guscio elettronico più esterno. Questo è l’elettrone che può essere espulso dall’energia luminosa.
Nell’altro strato, gli atomi di boro hanno solo tre elettroni nel loro guscio esterno, invece dei quattro che ha il silicio. Questo crea un punto in cui possono andare gli elettroni extra, e questo movimento di elettroni è ciò che rende la corrente elettrica. I due strati di silicio hanno anche cariche opposte, che è ciò che fornisce la tensione.
I cristalli di silicio sono un materiale naturalmente riflettente. Quando vengono utilizzate nelle celle fotovoltaiche, devono avere un rivestimento antiriflesso posizionato su di esse, altrimenti la maggior parte dell’energia solare che raggiunge il pannello verrà riflessa senza produrre elettricità. Il rivestimento antiriflesso è il singolo fattore più importante che influisce sull’efficienza di un pannello solare adeguatamente costruito. Tuttavia, anche con questo rivestimento, solo una quantità relativamente piccola di luce può essere utilizzata per produrre elettricità. Con l’avanzare della tecnologia, le celle fotovoltaiche probabilmente aumenteranno in efficienza, rendendole più pratiche per l’uso residenziale e industriale quotidiano.