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Il fotovoltaico? Te lo spiega Giacomo - Parte III

Vedere un impianto fotovoltaico installato sul tuo tetto è una bella sensazione. Hai la tua centrale elettrica personale. Ma come vengono assemblati i pannelli fotovoltaici? E come producono elettricità? Il nostro insegnante di fisica e Addetto al Servizio Clienti Giacomo te lo spiega nella nuova rubrica: ‘’Il fotovoltaico? Te lo spiega Giacomo’’. Oggi parliamo del meraviglioso mondo delle celle solari fotovoltaiche.

Cos'è una cella fotovoltaica?

''Le celle fotovoltaiche sono forse le parti più importanti di un pannello fotovoltaico. Trasformano la luce del sole in elettricità!''

Dalla sabbia alla cella fotovoltaica

''Una cella fotovoltaica è fatta di silicio. Il silicio è un elemento comune sulla terra: forma un quarto della crosta terrestre. Il silicio si trova nella sabbia, nell'argilla e nel granito. Però prima che questo silicio possa essere usato per fabbricare celle fotovoltaiche deve essere purificato da altri elementi, infatti il silicio puro non si trova in natura, è sempre legato ad altri elementi.

Quando questi composti di silicio vengono riscaldati a temperature molto elevate viene estratto il silicio metallurgico con una purezza superiore al 99%. Questo silicio non è ancora abbastanza puro per essere utilizzato per produrre celle fotovoltaiche, deve venire prima ulteriormente purificato attraverso una varietà di processi chimici e termici. Alla fine viene creato un silicio ultra-puro al 99,999999999%.''

Strato numero 5, le celle fotovoltaiche

Policristallino vs Monocristallino

''Il  modo in cui viene successivamente lavorato il silicio dipende dalla tipologia di pannello che si vuole ottenere, policristallino (blu) o monocristallino (nero). Durante il processo di produzione, il silicio forma dei cristalli: in un pannello policristallino le celle fotovoltaiche sono come rivolte verso l'esterno, è per questo motivo che le i pannelli policristallini riescono a captare la luce da più direzioni. Le celle fotovoltaiche monocristalline sono costituite invece da un grande cristallo che punta in una direzione e di conseguenza producono meglio con l'irradiazione diretta.

Per produrre celle fotovoltaiche policristalline il silicio puro viene prima fuso in "mattoni", poi durante il processo di solidificazione di formano diversi cristalli.

Il processo per produrre celle solari monocristalline è leggermente più complicato. Tramite il cosiddetto processo Czochralski vengono creati dei cilindri di silicio puro. Un piccolo pezzo di silicio viene inserito in un recipiente contenente una fanghiglia di silicio fuso. Si inserisce poi nel recipiente un’asta metallica che viene poi estratta facendola ruotare. Con questo movimento il silicio che viene estratto si solidifica e si crea un unico cristallo cilindrico. Una curiosità: il ricercatore polacco Jan Czochralski scoprì questo processo immergendo la sua penna nello stagno fuso anzichè nell’inchiostro!''

Wafer sottili

''Le fasi finali del processo sono le stesse per le celle solari poli- e monocristalline. Sia i mattoni che i cilindri sono tagliati in fette molto sottili (tra 160 e 300 μm) chiamate ‘wafer’ a cui viene aggiunto un ulteriore strato di silicio. Questo strato ha una carica opposta rispetto allo strato inferiore. Se lo strato inferiore è caricato positivamente (tipo p), viene applicato uno strato di silicio caricato negativamente (tipo n). E viceversa. L'interfaccia tra i due strati è anche chiamata pn-junction. Dopo questo passaggio le strutture vengono stampate sui wafer di silicio a cui vengono applicati i conduttori successivi. A questo punto le celle fotovoltaiche sono pronte!''

Black Friday

''Le celle fotovoltaiche sono costituite da due sottili strati di silicio. Aggiungendo una piccola quantità di altri elementi al silicio, uno strato ha un eccesso di elettroni, mentre l'altro ne ha troppo pochi. Gli elettroni vorrebbero spostarsi dallo strato con un'eccedenza allo strato con la scarsità, ma non hanno abbastanza energia. Quando la luce del sole cade sul pannello, questa energia viene assorbita dagli elettroni in eccesso, rendendoli liberi. Questi elettroni liberi fluiscono verso lo strato di silicio con una carenza di elettroni. Questa è la corrente generata dai pannelli.

Per farci capire meglio Giacomo ci fa un simpatico esempio: "Pensa al Black Friday: una folla di persone è in piedi davanti alle porte d’ingresso di un negozio. Vogliono entrare, ma non possono perché la porta è ancora chiusa. Queste persone sono gli elettroni. Quando la porta si apre finalmente, quando la luce del sole cade sul pannello solare, tutte queste persone corrono a cercare le migliori occasioni. Gestire gli acquirenti, spostando gli elettroni da uno strato all'altro, è la corrente che genera un pannello solare.''

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