L’effetto fotovoltaico è il processo mediante il quale si crea corrente elettrica sotto forma di tensione quando una radiazione elettromagnetica viene esposta a un determinato materiale. Usando le celle solari, l’effetto fotovoltaico si verifica quando lunghezze d’onda molto corte della luce solare colpiscono la materia e gli elettroni si eccitano. La radiazione elettromagnetica viene emessa dal pannello solare e raccolta da un altro materiale. Questa espulsione di elettroni provoca l’accumulo di tensione creando energia che può essere immagazzinata in una cella della batteria per un uso successivo. Due elettrodi vengono utilizzati per raccogliere la tensione, che può essere trasferita alla rete elettrica.
Diversi tipi di radiazioni elettromagnetiche causano diversi livelli di esposizione nelle celle solari a causa della frequenza. La luce visibile crea l’effetto fotovoltaico quando colpisce i metalli alcalini, la luce ultravioletta lo crea in altri metalli, mentre la luce ultravioletta estrema viene utilizzata per i non metalli. Questo concetto fu osservato per la prima volta nel 1902 da Philipp Eduard Anton von Lenard quando scoprì che diversi colori della luce, noti anche come frequenza, emettono diversi livelli di elettroni. In precedenza, la teoria ondulatoria della luce di James Clerk Maxwell affermava che l’intensità della radiazione avrebbe creato un’energia elettronica proporzionale. Questa nuova teoria spiegava che i fotoni erano responsabili della creazione dell’espulsione di elettroni e funzionavano come particelle individuali piuttosto che come onde costanti.
Il fisico AE Becquerel riconobbe il concetto dell’effetto fotovoltaico della luce solare nel 1839, ma la sua comprensione era limitata. Nel 1883, Charles Fritts costruì la prima cella solare, utilizzando un semiconduttore di selenio rivestito da un sottile strato d’oro. Questo primo utilizzo di una cella solare era efficiente solo all’1954%. Non è stato fino al XNUMX che i Bell Laboratories hanno sviluppato un modo pratico per sfruttare l’energia solare.
Il modo in cui l’effetto fotovoltaico viene sfruttato utilizzando le celle solari è molto semplice. In sostanza, i fotoni della luce solare hanno un impatto sul pannello solare e vengono assorbiti dal materiale. Gli elettroni caricati negativamente all’interno del materiale vengono allontanati dagli atomi, che quindi producono elettricità. Questa situazione è controllata consentendo agli elettroni di muoversi in una sola direzione nel pannello, provocando un’azione inversa in cui le particelle cariche positivamente fluiscono nella direzione opposta. Con entrambe queste azioni che si verificano, una corrente continua di elettricità può essere imbrigliata dalla reazione elettromagnetica.
L’effetto fotovoltaico è essenziale per una serie di processi nella vita moderna. Oltre alla creazione di energia per scopi generali, le celle solari sono essenziali per i veicoli spaziali utilizzati dalla NASA e da altre agenzie spaziali. Inoltre, i principi della tecnologia sono utilizzati nelle fotocamere digitali sotto forma di dispositivi ad accoppiamento di carica e di elettroscopi che identificano l’elettricità statica.