Cella fotovoltaica

La cella fotovoltaica è un dispositivo, detto anche fotopila o batteria solare, in grado di trasformare direttamente l’energia delle radiazioni luminose in energia elettrica. Essa è generalmente di forma quadrata ed ha una superficie pari a circa 100 cm² e si comporta come una minuscola batteria che produce una corrente di 3 A, con una tensione di 0,5 V e quindi una potenza di 1,5 W. E’ costituita essenzialmente da due sottili strati di materiali semiconduttori (silicio cristallino o amorfo oppure altre sostanze): uno strato è di tipo n (tende a raccogliere elettroni), l’altro di tipo p (tende a raccogliere cariche positive o “buche”). La cella fotovoltaica è completata da un rivestimento antiriflesso e da due contatti elettrici, uno superiore e uno inferiore. Nella zona di contatto (giunzione) tra i due semiconduttori esiste un campo elettrico, dovuto alla diversa natura dei due materiali: quando la zona di contatto è colpita da luce solare, cioè da fotoni, vengono mobilitati elettroni (quelli più esterni di un atomo di silicio), che il campo elettrico sospinge nello strato n; per ogni elettrone che si libera, si forma contemporaneamente una carica positiva che, sempre a causa del campo elettrico, viene sospinta nello strato p. Collegando con un circuito esterno i due strati, si avrà una circolazione di elettroni, cioè una corrente elettrica continua, tra n e p. Il rendimento massimo teorico della trasformazione di energia solare in energia elettrica è del 32%. Le celle fotovoltaiche attualmente disponibili hanno un rendimento del 10% circa, ma sono allo studio celle avanzate con rendimenti molto maggiori. Abbinando insieme più celle fotovoltaiche si ottiene un modulo o pannello fotovoltaico, che può fornire elettricità, per es., a piccole utenze domestiche isolate. Abbinando un elevato numero di moduli, si possono realizzare centrali solari fotovoltaiche. Le batterie solari trovano anche diffuso impiego in calcolatrici tascabili e orologi, oltre che nei satelliti artificiali (la prima batteria solare fu realizzata nel 1954 e utilizzata per la prima volta proprio in un satellite artificiale nel 1958).