Una cella solare, nota anche come cella fotovoltaica, è il nome dato a un dispositivo di cattura dell’energia. Assorbe la luce solare e la trasforma in energia elettrica per effetto fotovoltaico. Queste cellule si sono evolute notevolmente dalla loro creazione e negli ultimi anni sono stati fatti passi da gigante in questa tecnologia.
Più semplicemente, una cella solare funziona assorbendo la luce solare. I fotoni della luce corrono nel pannello e vengono assorbiti da una sorta di materiale semiconduttore. La maggior parte di quelli contemporanei sono fatti di silicio, anche se si stanno sperimentando altre sostanze come semiconduttori per renderli più economici e rispettosi dell’ambiente. Gli elettroni vengono quindi liberati dal loro atomo ospite e si muovono liberamente come elettricità. Dalla cella solare, questa elettricità passa quindi attraverso un array più grande, dove viene trasformata in elettricità a corrente continua (DC), che può poi essere convertita in corrente alternata (AC).
L’effetto fotovoltaico è stato presentato per la prima volta all’inizio del XIX secolo. Nel 19, l’idea fu messa in pratica nella creazione della prima cella solare, realizzata con selenio come semiconduttore. Il primo era efficiente intorno all’1880%, il che significa che è riuscito a catturare l’1% dell’energia solare totale che ha colpito la cella.
Nel 1954, i Bell Labs scoprirono che il silicio poteva essere leggermente modificato per renderlo incredibilmente fotosensibile. Ciò ha portato alla moderna rivoluzione delle celle fotovoltaiche, con le prime celle al silicio che operavano con un’efficienza di circa il 6%. Nel 1958 fu lanciato un satellite, il Vanguard 1, con loro come fonte di energia. Ciò ha permesso al satellite di rimanere in orbita geosincrona a tempo indeterminato, poiché non si basava su una quantità finita di carburante.
Negli anni ‘1970 e ‘1980, la tecnologia solare ha continuato a migliorare. Nel 1988, ne venivano prodotti in serie quelli in grado di raggiungere il 17% di efficienza e, alla fine del decennio, quelli realizzati sia con arseniuro di gallio che con silicio avevano superato il 20% di efficienza. Alla fine degli anni ‘1980 è apparso anche un nuovo tipo di tecnologia, che utilizzava lenti per concentrare la luce solare su una singola cella. Questa elevata densità di energia ha consentito efficienze fino al 37% al momento.
Esistono tre classificazioni principali delle celle solari, denominate “generazioni” a causa della prima comparsa delle tecnologie. Una cella di prima generazione è ciò a cui la maggior parte delle persone pensa quando pensa a questa tecnologia. Rappresentano circa il 90% delle celle solari nel mondo e hanno un’efficienza massima teorica di circa il 33%.
Una cella solare di seconda generazione è progettata per essere sostanzialmente più economica e più facile da produrre. Utilizzando tecnologie come la galvanica e la deposizione da vapore, quelle di seconda generazione possono essere prodotte in serie in modo relativamente economico. Di solito sono solo una sottile pellicola di qualche tipo di materiale, come silicio amorfo o tellururo di cadmio, applicato in un foglio molto sottile a un materiale come la ceramica o il vetro.
Le celle di terza generazione prendono la tecnologia di seconda generazione e cercano di migliorare notevolmente la loro efficienza. Queste sono le tecnologie all’avanguardia, che provano nuovi metodi di concentrazione, utilizzano il calore extra per aumentare la tensione generata e altre tecnologie per lavorare verso efficienze target nell’intervallo dal 30% al 60%.